Кибернетика и синергетика

Впервые термин кибернетика встречается у древнегре­ческого философа Платона и означает искусство управлять кораблем (искусство кормчего), а в переносном смысле -искусство управления людьми. Долгое время этим терми­ном не пользовались. Только в 1948 г. этот термин был взят на вооружение известным американским математиком Норбертом Винером, который опубликовал книгу «Киберне­тика, или управление и связь в животном и в машине».

Данная работа Винера наряду с книгой фон Неймана и О. Моргенштерна «Теория игр и оптимальное поведение» (1944 г.) оказались весьма продуктивными для становле­ния электронно-вычислительной техники.

Кибернетика поставила в центр внимания такие поня­тия как информация, обратная связь, управление и др. На основе идей Винера удалось создать общую теорию ин­формации и связи, применимую в самых различных облас­тях — от физики до биологии и языкознания. В развитии теории информации важную роль сыграли также работы советских ученых А.Н. Колмогорова и А.Я. Хинчина.

В кибернетике были предприняты первые серьезные усилия по научному исследованию феномена самооргани­зации. Кибернетика имела дело как с живыми, так и с тех­ническими (построенными из неживого вещества) управ­ляемыми и саморегулирующимися системами, т.е. с систе­мами, в которых самоорганизация заложена изначально.

Кибернетику интересовали гомеостатические системы, поддерживающие свое функционирование в заданном ре­жиме. Само понятие гомеостазиса указывает на то, что в гомеостатической системе речь может идти только о само­организации, направленной на достижение оптимальной структуры ее элементов. Такая идея позволяет понять факт устойчивости и сохранения систем (в том числе жи­вых). Но с позиций гомеостазиса нельзя понять как воз­никают новые системы, причем не только в живой, но и в неорганической природе. К тому же, проблема гомеостазиса в кибернетике рассматривается с чисто функциональной точки зрения и поэтому в ней не анализируются конкрет­ные механизмы самоорганизации.

В настоящее время считается установленным, что про­цессы самоорганизации (так же как, разумеется, и дезорга­низации) могут происходить в сравнительно простых фи­зических и химических средах неорганической природы. А это означает, что простейшая, элементарная форма само­организации имеет место уже в рамках физической и хи­мической форм движения материи. Причем, чем сложнее форма движения материи, тем выше уровень ее самоорга­низации.

Синергетика как новая парадигма самоорганизации зародилась в нашей стране. Еще в 60-х годах XX века со­ветским ученым Б.Н.Белоусовым были начаты интерес­ные эксперименты с так называемыми автокаталитически­ми химическими реакциями, которые затем были продол­жены A.M. Жаботинским. Эти эксперименты показали, что наличие автокаталитических реакций значительно ускоряет процессы самоорганизации в химической форме движения. Были высказаны веские предположения, что именно авто­каталитические самоорганизующиеся химические процес­сы послужили основой для перехода от предбиологической к биологической форме движения материи.

Позднее реакция Белоусова-Жаботинского послужило экспериментальной основой для построения математиче­ской модели самоорганизующихся процессов в бельгийской школе лауреата Нобелевской премии И.Р. Пригожина. Исследуя по преимуществу процессы самоорганизации в физических и химических системах, И.Р. Пригожин в це­лом ряде своих работ (часть из них переведена на русский

язык) раскрывает исторические предпосылки и мировоз­зренческие основания теории самоорганизации.

В 70—80-х годах XX века работы в области синергетики быстро расширялись, в них включались все новые исследо­ватели. Немецкому профессору Г. Хакену (Институт синер­гетики и теоретической физики в Штутгарте) удалось объе­динить большую международную группу ученых, создавшую серию книг по синергетике. В этих работах представлялись результаты исследований процессов самоорганизации в са­мых разных системах, включая и социальные.

В нашей стране разработкой теории самоорганизации на базе математических моделей и вычислительного (ком­пьютерного) эксперимента занялась школа академика А.А. Самарского и члена-корреспондента РАН С.П. Кур­дюмова. Эта школа выдвинула ряд оригинальных идей для понимания механизмов возникновения и эволюции от­носительно устойчивых структур в нелинейных средах.

Синергетику, как новую парадигму, можно предельно кратко охарактеризовать тремя ключевыми идеями: само­организация, открытые системы, нелинейность.

Физика XIX века ввела понятие о необратимых процес­сах. Провозглашая необратимый характер физических из­менений, классическая термодинамика считала, что эти изменения могут происходить лишь в сторону увеличения энтропии, а следовательно, усиления хаоса, дезорганизации материальных систем. Эти представления об эволюции физических (неорганических) систем, способных лишь к движению в сторону дезорганизации, находились в резком противоречии с самоорганизацией живых систем.

Но физика XIX столетия рассматривала лишь закры­тые, изолированные от окружающей среды системы, в ко­торых энтропия действительно имеет тенденцию к возрас­танию. Такие системы «эволюционируют» в сторону тер­модинамического равновесия и дезорганизации - в полном соответствии со вторым началом термодинамики. Однако в наше время считается установленным, что представле­ние прежней физики о закрытых системах схематизиру­ет и упрощает действительность, то есть является весьма сильной идеализацией, которая реально в природе не встре­чается.

Во второй половине XX века в науке утвердилось пред­ставление согласно которому открытость системы явля-

ется непременным условием самоорганизации. Еще до появления синергетики американский кибернетик Г. Ферс-тер выразил это достаточно ясно. «Термин самоорганизу­ющаяся система», - писал он, - становится бессмысленным, если система не находится в контакте с окружением, кото­рая обладает доступным 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»³¹.

Тот факт, что для самоорганизации необходима откры­тая система, то есть система, обменивающаяся с окружаю­щей средой веществом и энергией, ставил под сомнение универсальную справедливость выводов классической тер­модинамики, имеющей дело с закрытыми системами (кото­рые изолированы от окружающей среды и которые, как уже отмечалось выше, фактически не встречаются в природе). Оказалось, что принцип Больцмана (второе начало термо­динамики) в буквальном смысле не применим к системам открытого типа. Конечно, и в открытых системах может нарастать энтропия, происходить увеличение беспорядка (дезорганизации), но за счет обмена энергией с окружающей средой эти процессы могут приостанавливаться и даже приобретать обратный характер. В такого рода системах, грубо говоря, использованная, «обесцененная» энергия рас­сеивается в окружающей среде (а взамен поступает новая энергия из среды). Поэтому подобные системы, или струк­туры получили наименование «диссипативные», что в пе­реводе с английского означает «рассеивающие». Данное понятие сыграло важную роль в становлении синергетики³².

Разработка теории диссипативных структур показало, что диссипация - это не фактор разрушения, а необходи­мое и важное свойство процессов самоорганизации. Именно диссипация есть необходимый процесс, способствующий выстраиванию упорядоченной структуры в нелинейной от­крытой среде.

Диссипативные структуры, не подчиняющиеся принци­пу Больцмана, связаны с совершенно другим принципом, который И.Р. Пригожин назвал «возникновение порядка через флуктуации». Как рождается порядок из хаоса (бес­порядка)? - ставит вопрос И.Р. Пригожин (и этот вопрос выносит в заголовок своей основополагающей работы по синергетике, написанной в соавторстве с И. Стенгерс)³³.

С его точки зрения, инициирующим началом самострук­турирования нелинейной открытой среды является малая флуктуация. Под флуктуациями в синергетике понимают случайные отклонения величин, характеризующих систему, от средних значений. Таким образом, синергетическое по­нятие флуктуации оказалось тесно связанным с философ­ской категорией случайности.

Синергетика по-новому осветила место и роль случай­ности в эволюции материального мира. Она опровергла тот привычный взгляд, будто случайная флуктуация несуще­ственна, ибо маломасштабна, и в силу этого, не может оп­ределять путь развития системы. С точки зрения синерге­тики, в открытых нелинейных системах (а таковые типич­ны в мире, в котором мы живем) случайное малое воз­действие - флуктуация - может приводить к весьма суще­ственному результату. Таким образом случайность игра­ет особую, конструктивную (можно даже сказать — креатив­ную) роль в процессах самоорганизации, происходящих в материальном мире.

Формирование синергетики в последней четверти XX сто­летия оказалось в чем-то схожим со становлением кибер­нетики в середине этого столетия. Такая схожесть основы­вается на обнаруженной общности в феноменах, имеющих место в системах неживой и живой природы, а также в со­циальных системах. Во всех этих материальных системах имеют место процессы самоорганизации.

Вместе с тем между кибернетикой и синергетикой су­ществует и значительное различие. Кибернетика, возник­шая на рубеже 40-50-х годов XX века, претендовала на общенаучное значение в изучении процессов управления, имеющих место в некоторых неорганических (созданных человеком), биологических и социальных системах. И, надо сказать, она успешно отстояла свой общенаучный статус. Синергетика претендует сегодня на большее: она выступает уже как новое миропонимание, как основа концепций гло­бального и космического эволюционизма.