Самоорганизация систем как основа их развития

Поскольку в реальном мире предметы и явления выступают не как изолированные и обособленные объекты, а взаимосвязанные и взаимодействующие друг с другом, их необходимо рассматривать как определенные системы. Понятие системы представляет собой конкретизацию и уточнение универсального принципа диалектики о всеобщей взаимосвязи и обусловленности явлений природы и общества.

Для любой системы характерно взаимодействие элементов, в результате которого возникают новые ее свойства, которые отсутствуют у элементов. Уже элементарная единица вещества, — например, молекула воды состоит из водорода и кислорода, которые в свободном состоянии представляют газы. Однако в результате взаимодействия они образуют воду, являющуюся жидкостью. Именно благодаря подобному взаимодействию система выступает как определенное целостное образование по отношению к своим элементам или частям. С такой точки зрения не только взаимосвязанную совокупность объектов, но и любой предмет, состоящий из взаимодействующих частей можно рассматривать как систему. Поэтому всякий процесс развития в природе и обществе связан с развитием систем и должен рассматриваться с системной точки зрения. Только при таком подходе можно понять характер тех необратимых изменений, которые происходят в процессе развития как неорганических, так и органических систем, как систем природы, так и общества.

Долгое время существовало мнение, что системы неорганической природы в корне противоположны живым системам, ибо они якобы неспособны к какой-либо эволюции, а в состоянии только разрушаться. Такое мнение как будто подтверждалось классической термодинамикой, второй закон которой постулировал, что закрытые системы — а ими она только и ограничивалась — могут эволюционировать лишь в сторону увеличения их энтропии, т. е. усиления их беспорядка, хаоса и дезорганизации. Это представление резко противоречило эволюционной теории Дарвина, которая убедительно доказала, что в живой природе, в мире растений и животных происходит постоянное совершенствование порядка, организации и самое главное — возникновение новых видов растений и пород животных. То же самое относится к социально-экономическим системам, где развитие происходит значительно быстрее, чем в живой природе.

Такое противоречие между классической термодинамикой, с одной стороны, и эволюционной биологией и социально-экономическими теориями, с другой, по сути дела оставалось неразрешенным почти вплоть до середины XX века.

Первый шаг к разрешению этого противоречия был связан с введением понятия «открытой системы», которая в отличие от закрытой системы учитывает взаимодействие системы с окружающей средой. Развернутое определение такой открытой системы как организм дал один из создателей квантовой механики Э. Шредингер: «Средство, при помощи которого организм поддерживает себя на достаточно высоком уровне упорядоченности (равно на достаточно низком уровне энтропии), в действительности состоит в непрерывном извлечении упорядоченности из окружающей среды»^[1].

По отношению ко всем самоорганизующимся системам аналогичное определение дал немецкий кибернетик Г. Ферстер: «Термин «самоорганизующаяся система, — писал он, — становится бессмысленным, если система не находится в контакте с окружением, которое обладает доступными для нее энергией и порядком и с которым наша система находится в состоянии постоянного взаимодействия, так что она умудряется как-то «жить» за счет этого окружения»^[2].

Однако в кибернетике как общей теории управления самоорганизация направлена на достижение устойчивого динамического равновесия между системой и средой. Начиная от регулятора паровой машины Д. Уатта и кончая современными автоматами все они конструируются так, чтобы поддерживать заданный режим функционирования. Иначе говоря, самоорганизация в них заранее предусмотрена человеком. Поэтому такая самоорганизация представляет по существу динамическое регулирование, которое опирается на принцип отрицательной обратной связи. Согласно этому принципу, всякое отклонение системы от заданной программы корректируется управляющим устройством, приводящим систему в заданное устойчивое состояние.

Совершенно иной характер имеет самоорганизация в природных системах, где благодаря ей возникают системы с новыми свойствами, структурами и режимами функционирования и поведения. Здесь действует принцип положительной обратной связи, согласно которому изменения, происходящие в системе, не устраняются, а наоборот, накапливаются и усиливаются, что и приводит в конечном итоге к переходу от старой системы к новой системе. Исследованием таких сложноорганизованных систем занялось новое направление междисциплинарных исследований, которое было названо синергетикой.

Автор этого термина немецкий физик Г. Хакен образовал его из древнегреческого слова «синергия», означающего совокупное, согласованное действие. Разрабатывая теорию твердотельных лазеров, он выяснил, что если в самом начале движение образующих его молекул происходит беспорядочно, то под воздействием «накачки» внешней оптической энергией их движение становится все более упорядоченным. При достижении некоторого критического значения «накачки» все молекулы начинают колебаться в одной фазе, и вследствие этого лазер начинает излучать мощный поток световой энергии. Подобное согласованное взаимодействие элементов системы, приводящее к их коллективному поведению, Хакен назвал кооперативным, или синергетическим^[3].

Другое направление исследований было связано с изучением самоорганизующихся химических реакций, которые впервые экспериментально открыли наши отечественные ученые — сначала Б. Белоусов, затем группа исследователей во главе с А. Жаботинским^[4]. Их опыты послужили основой для построения соответствующей теоретической модели («брюсселятора»^[5]) бельгийскими учеными под руководством И. Пригожина (русского по происхождению). Было установлено, что в ходе специфических химических реакций возникают определенные пространственные структуры. В других реакциях периодически меняется во времени цвет раствора («химические часы»). И. Пригожин объяснил эти реакции взаимодействием системы со средой, из которой в нее поступают свежие реагенты, а выводятся использованные. Поскольку все подобные процессы сопровождаются диссипацией, или рассеянием энергии, то самоорганизующиеся структуры такого рода он назвал диссипативными.

В отличие от классической термодинамики, которая имела дело фактически с закрытыми и равновесными системами, новая теория самоорганизации опирается на неклассическую термодинамику, оперирующую открытыми и неравновесными системами. Согласно этой теории началом процесса самоорганизации служат случайные отклонения системы от точки равновесия, которые называют флуктуациями. Они происходят постоянно, но в первое время эти флуктуации подавляются системой. Поскольку, однако, система взаимодействует с окружающей средой и является неравновесной, то постепенно такие флуктуации не только не ослабляются, но наоборот, усиливаются. В результате их усиления прежняя динамическая структура, или режим функционирования «расшатывается», т. е. старые взаимосвязи между элементами системы подвергаются изменениям, и как следствие такого процесса возникает новый динамический режим, структура, или спонтанный порядок.

Все перечисленные термины характеризуют тот же самый общий процесс изменения характера взаимодействия между компонентами, или элементами системы, хотя называются они по-разному в конкретных исследованиях. В теории систем и ее приложениях предпочитают говорить об изменении структуры систем. В динамическом регулировании — об изменении режима функционирования, в экономике и социальных науках — о возникновении нового спонтанного порядка, причем эпитет «спонтанный» подчеркивает, что речь в данном случае идет о порядке, возникающем самопроизвольно в силу внутренне присущих системе причин и факторов.

Понятие порядка раньше применялось лишь по отношению к фиксированным структурам, начиная от взаимосвязи частей в устойчивых системах и кончая расположением атомов в кристаллической решетке. Никакого представления о динамическом порядке, возникающем спонтанно, в классической науке не существовало. Между тем макроскопический динамический порядок играет важную роль не только в биологии и социальной жизни, где структура систем не остается неизменной на протяжении их существования. Даже в неорганической природе многие процессы сопровождаются возникновением динамического порядка, о чем свидетельствуют бесчисленные примеры образования разнообразных форм, начиная от появления водяных вихрей и песчаных дюн и кончая космическими процессами, примером чего может служить образование колец вокруг Сатурна.

Хотя понятие стабильного порядка является важным для технологии и практической деятельности, оно оказывается ограниченным и даже неудовлетворительным, когда приходится анализировать процессы эволюции и развития систем. Поэтому синергетический подход к определению порядка является необходимым дополнением для дальнейшего исследования развития и систем.

• [1] Шредингер Э. Что такое жизнь с точки зрения физика. — М., 1972.
• [2] Ферстер Г. О самоорганизующихся системах и их окружении // Самоорганизующиеся системы. — М., 1964. — С. 116.
• [3] Хакен Г. Синергетика. — М., 1980. — С. 20—21.
• [4] Жаботинский А. М. Концентрационные автоколебания. — М., 1974.
• [5] Так названа в честь г. Брюсселя.