Информация - Бифуркация - Альтернативы путей эволюции
Возникновение новой организации в нелинейных средах, синергетикой определяется как переход через пороговые режимы ("критические точки"). Процессы происходящие в пороговых режимах являются фокусом сосредо-точений усилий каждой из концептуальных представлений синергетики, ибо в них, образно выражаясь, "природа вершит свои таинства" Ситуация анало-гично квантомеханическому измерению, определяемому "соотношением не-определённостей" В.Гейзенберга, который привёл к необходимости введения в квантовую теорию вероятностного (квантомеханического) способа описа-ния. Гносеологические проблемы, возникшие в связи с данным обстоятельст-вом, привели даже такого столпа физической науки как А.Эйнштейн к не-принятию вероятностной (статистической) интерпретации квантовой меха-ники, выразившаяся в известной его фразе: "Бог не играет в кости". В письме Максу Борну он писал: "Вы верите в бога, играющего в кости, я - в полный закон и порядок в мире, который существует объективно, и который я чисто умозрительным путём пытаюсь охватить. Я твёрдо верю, но надеюсь, что кто-нибудь откроет более реалистический подход или более приемлемую ос-нову, чем удалось сделать мне. Даже огромный успех, выпавший на долю квантовой теории, не убеждает меня в том, что в основе всего лежит игра в кости, я отчётливо сознаю, что Ваши более молодые коллеги сочтут это про-явлением старческого возраста" .
Однако надеждам А.Эйнштейна не было суждено осуществиться, более того, синергетика углубила наши представления о процессах, которые в принципе не могут быть понятны и описаны детерминистически. К таким процессам и относятся переходные процессы в явлениях самоорганизации.
В пороговом состоянии течение событий, процессов неоднозначно, не-определённо из-за внешних воздействий и флуктуаций в системе, так же как и непредсказуема новая организация, возникающая после прохождения этого порога - "точки бифуркации"*, ибо в момент перехода система находится в таком состоянии, о котором И.Пригожин говорит, что она оказывается в одно и то же время всем, чем она может быть. "В этих точках самое полное знание не даёт нам возможности вычислить то, что произойдёт, заменить вероят-ность уверенностью. Система нащупывает, таким образом, некую "диаграм-му бифуркации", "карту возможностей", в то время как она всё в большей мере удаляется от состояния равновесия благодаря изменению своих отно-шений со средой, определяющей каждый раз, что именно можно будет пред-видеть, а также то, что, как это известно заранее, можно только констатиро-вать и пересказывать" .
Ещё Дж.К.Максвелл в своё время обратил внимание на важность таких точек, не только в сфере физических процессов, но и в явлениях самой раз-личной природы. В качестве примеров он приводит такие состояния как: ска-ла, отделившаяся от основания в результате выветривания и балансирующая на выступе горного склона; небольшая искра, поджигающая огромный лес; слово, ввергающее мир в пучину войны; крупица вещества, лишающая чело-века воли; крохотная спора, зарождающая посевы картофеля и другие куль-туры; геммула, превращающая нас в философов или идиотов. При этом Дж.Максвелл подметил, что чем выше уровень организации системы, нахо-дящейся в неравновесном состоянии, тем больше таких точек. Следователь-но, сложные системы в своем развитии должны проходить целую последова-тельность, каскад таких точек бифуркаций. Но последуем дальше за его рас-суждениями. "В этих точках воздействия, - отмечает он, - физическая вели-чина которых слишком мала для того, чтобы существо конечных размеров принимало их во внимание, могут приводить к необычайно важным послед-ствиям. Всеми результатами человеческой деятельности мы обязаны искус-ному использованию таких особых состояний, когда такая возможность представлялась" . Особая точка - точка бифуркации, характеризуется суще-ствованием множества возможных структур, в пределах которых открывает-ся перспектива дальнейшего развития сложной системы. В этом состоянии система как бы "колеблется" перед выбором будущего, "прощупывает" соб-ственное пространственное состояние, "блуждает" по полю путей развития. Поле возможностей путей развития, определяясь параметрами системы, вы-ступает как своего рода потенциальный план эволюции.
Однако в открытой нелинейной системе возможны не любые структу-ры, ибо спектр структур аттракторов уже предопределён как спектр возмож-ностей, открывающий направление эволюции.
От чего же будет зависеть выбор пути, какие факторы влияют на опре-деление этого выбора?
Если подходить строго детерминистически, то выбор всецело должен определяться историей, точнее, предыстории системы, как начальных усло-вий. Но в сильно неравновесных системах, из-за флуктуаций в критических состояниях, происходит "забывание" начальных условий, "потеря системной памяти", то есть исчезает различие между прошлым и будущим системы, что означает уникальность точек бифуркаций. Отсюда следует, что эволюция системы в критической области определяется тенденциями грядущего поряд-ка. "Будущее состояние системы как бы притягивает, организует, формирует наличное ее состояния.
Если произошло событие выхода на структуру-аттрактор (событие по-падания внешнего или внутреннего, спонтанного воздействия в сферу его притяжения), то в открытой нелинейной среде имеет место процесс самодо-страивания, самовыстраивания структуры-аттрактора. Процесс выпадения на аттрактор также естествен как процесс падения тел в гравитационном поле притяжения Земли" .
Альтернативность формирующихся путей эволюции (структур-аттракторов), присущая каждому из уровней самоорганизующихся систем, всё же не означает полного отсутствия необходимости, некоторой предде-терминированности эволюционного процесса. Выбор одного из возможных путей происходит под действием механизмов отбора (естественного - в при-родном и биологическом развитии и целевого в социальном). "Отбор, - пи-шут Г.Николис и И.Пригожин, - позволяет декодировать информацию и тем самым допускает переход с одного уровня на другой" . Стало быть, из поля возможностей отбираются и реализуются лишь те структуры, которые удов-летворяют принципам отбора. Вместе с тем, хотя отбор и выступает на подо-бие "набора фильтров", которые из всего множества возможных состояний, пропускают только строго определенные, он не является конечным этапом, итогом перехода системы через точки бифуркации. Механизмы отбора вклю-чены в действие на этапе локализации возможных структур на стоках струк-тур-аттракторов. Здесь, по-видимому, имеют место механизмы стабилизаци-онного типа при локальных бифуркациях, о которых говорит К.Уоддингтон .
Следовательно, сам отбор формирует и допускает множество возмож-ных состояний (структур), но в какое именно перейдет система, будет зави-сеть от тех случайных флуктуаций в момент, когда пороговое состояние дос-тигнет критического значения. Иллюстрацию данного положения, на основе информационного подхода, можно найти у Г.Хакена на относительно про-стом примере "выбора" (отбора) из двух возможных. "В зависимости от флуктуации, - отмечает он, - внутри самой системы последняя может пере-ходить в одну из двух устойчивых точек (в один из двух аттракторов). В этом случае приходящий сигнал содержит информацию в обычном смысле слова, который неоднозначен, и эта неоднозначность снимается флуктуацией сис-темы. Если говорить не строго, то можно сказать, что исходная информация удваивается, так как после получения сигнала система может прейти в любой и двух аттракторов" .
Однако в критической точке оказывается принципиально невозможным предсказать каком именно направлении будет эволюционировать система: к "хаосу" - понижению уровня организации, полному разрушению или "по-рядку" - сложному, более высокому уровню организации. Чем данный про-цесс будет определяться, какие механизмы здесь работают?
Ответы на эти вопросы вызывают пристальный интерес к критическим режимам - точкам бифуркациям, как со стороны исследователей фазовых переходов, так и представителей самых различных областей научного позна-ния, исследующих переходные процессы к новому уровню организации сложного. Вот как представляет данную проблему Г.Николис: "В окрестно-сти точек перехода феноменологический анализ, основанный главным обра-зом на теории бифуркаций, должен быть дополнен информацией о поведении флуктуаций". Следовательно, от природы нелинейности и характера флук-туаций, во многом будут зависеть типы бифуркаций, происходящих в систе-ме. Соответственно им, бифуркации могут приводить: "1) к возникновению многих стационарных состояний без изменения пространственной и времен-ной симметрии, 2) к нарушению временной симметрии из-за появления пре-дельных циклов, 3) к нарушению пространственной симметрии из-за возник-новения структур" . После тщательного анализа проблемы на примерах сис-тем, в которых происходят химические реакции с диффузией Г.Николис при-ходит к важному выводу о том, что несмотря на возможность развития по-следовательной теории возмущений для неравновесных явлений перехода, всё же нерешенными остаются важные задачи математического характера (например, для понимания механизма бифуркаций, нарушающих симметрию, необходимо обобщить теорию возмущений на неоднородные флуктуации в системах, зависящих от двух и более параметров и др.), что ведёт пока ещё к необходимости феноменологического способа описания для многих типов бифуркаций.
Таким образом, всю совокупность механизмов, включающих в процесс самоорганизации (а к ним принадлежат и бифуркации), вплоть до возникно-вения новой организации можно было определить, как механизмы (принци-пы) "детерминации будущим" (конечно, здесь мы далеко от мысли отождест-влять эти механизмы с телеологическим принципом "causa finalis" - принци-пом "конечных причин").
Сходные идеи применительно к неравновесным термодинамическим системам были выражены: Л.Онсагером в форме принципа минимума потен-циала рассеяния, школой И.Пигожина - сначала в принципе минимума про-изводства энтропии, а затем - избыточного ее производства; Г.Хакеном - в принципе максимума информационной энтропии. Попытку более общей трактовки данных принципов на основе эмпирического обобщения предпри-нял Н.Н.Моисеев. "Мне кажется, - писал он, - что особую роль в мировом эволюционном процессе играет "принцип минимума диссипации энергии". Сформулирую его следующим образом: если допустимо неединственное со-стояние системы (процесса), а целая совокупность состояний, согласных с законами сохранения и связями, наложенными на систему (процесс), то реа-лизуется то состояние, которому соответствует минимальное рассеяние энер-гии, или, что то же самое, минимальный рост энергии" .
Если Л.Онсагер, И.Пригожин и Г.Хакен распространяют свои принци-пы в основном на неравновесные термодинамические системы, то Н.Моисеев стремился вывести обобщенный принцип, который определял бы выбор оп-ределенного состояния из возможных для любых самоорганизующихся сис-тем, что должно достигаться путем его интерпретации не только на не жи-вые, но и на биологические и социальные системы. Таким обобщенным принципом, для Н.Н.Моисеева, выступает принцип "экономии энтропии", где принцип минимума диссипации энергии выступает всего лишь частным случаем.
Таким образом, самоорганизация - это целая гамма взаимообусловлен-ных и взаимодействующих механизмов. С позиций синергетического подхо-да, развитие характеризуется непрерывным процессом усложнения, а с рос-том сложности соответственно увеличивается число таких состояний систе-мы, в которых возникают критические точки - бифуркации, что ведет к воз-растанию количества возможностей для перехода системы на новый уровень организации. При достаточном уровне сложности система сама способна создать такие состояния, которые порождают новые возможности.
Заключение
Поиск единого подхода к явлениям самоорганизации (эволюции уни-версума) в современном развитии синергетических исследований обуслов-лен, как мы видели, наличием общности механизмов, открываемых различ-ными концепциями самоорганизации. Однако единство подхода не означает единообразия средств и методов и, соответственно, единства способа описа-ния. Напротив, единство подхода есть выражение поиска, с одной стороны, единых ("унифицирующих") принципов, с другой, - условий, позволяющих переходить от одного способа описания к другому как отображение, на осно-ве этих принципов, иерархических уровней сложного (эволюционного целого).
Чтобы найти единые принципы. Мы должны сосредоточить внимание на таких ситуациях, когда сложная система качественно изменяет свое мак-роскопическое поведение или, иначе говоря, когда она изменяет свою макро-скопическую пространственную, временную или пространственно-временную структуру . Выяснение причин, приводящих к таким качествен-ным изменениям, есть по существу обнаружение общих механизмов процессов самоорганизации. К таким механизмам относится и когерентность (как "сборка" сложного), рассмотренная нами во взаимодействии с другими меха-низмами в контексте информационных процессов, сопровождающих самоор-ганизацию.
С другой стороны, было выяснено, каким образом формируемый еди-ный подход находит свое отражение в синергетическом способе описания. В проведенном исследовании он представлен в форме дополнительности двух способов описания: силового - причинного и не-силового - информационно-го, на основе близкодействующих и дальнодействующих связей (взаимодей-ствий). При этом переход с одного уровня описания на другой - с микроско-пического на мезо - и макроскопический, связан с "сильным сокращением информации", как синергетической информации по Г.Хакену.
[1] Пригожин И.Р. (р.1917, Москва – 2003, Брюссель), бельгийский физик и физикохимик. В четырехлетнем возрасте был вывезен из России. С 1969 президент Бельгийской королевской академии. Лауреат Нобелевской премии по физхимии 1977 г.
Основные труды – по термодинамике, статистической механике неравновесных процессов, теории диссипативных структур. Научно-исследовательский арсенал пополнился теоремой Пригожина (в стационарном состоянии скорость производства энтропии в термодинамической системе минимальна) и критерием Пригожина (производство энтропии для необратимых процессов в открытой системе стремится к минимуму).
[2] Сам термин «синергетика» был введен этим немецким физиком.
[3] Совр. западная философия, с.276-277.
А вот как об этом у Моисеева в «Современном рационализме»: Момент потери устойчивости называют иногда моментом бифуркации (термин введен А. Пуанкаре; Рене Том и др. использовали термин катастрофа и он предпочтительнее при анализе общественных процессов). В этот момент происходит нарушение единственностисостояния равновесия. В момент бифуркации система полностью «теряет память»: ее будущие состояния никак не зависят от предыстории и заметную роль приобретают случайные факторы.
[4] там же.
[5] Мне это очень напоминает беловежский "толчок в спину" Советского Союза, в котором в то время протекали беспрецедентные процессы перестройки.
https://helpiks.org/8-2196.html