CC BY
131
Философские науки
УДК 30
Жилин Владимир Ильич Vladimir Zhilin
К ВОПРОСУ ОБ ОНТОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВАХ СИНЕРГЕТИКИ
TO THE QUESTION OF SYNERGETICS’ONTHOLOGICAL BASES
Рассмотрены основные характеристики «синергетических» систем — открытость, нелинейность и диссипативность. При этом автор утверждает, что синергетика и физика «открытых нелинейных диссипативных систем» не одно и то же
Ключевые слова: физика открытых нелинейных диссипативных систем, синергетика
In the article the main characteristics of «synergetic systems such as opening, unlined, dissipation are viewed. The author asserts synergetics is not physics of «opening unlined dissipative systems»
Key words: physics of opening unlined dissipative systems, synergetics
Чаще всего в литературе синергетику определяют как междисциплинарное направление научных исследований, оформившееся к середине 70-х гг. XX в. в публикациях И. Пригожина [1] и его бельгийских коллег, а также Г. Хакена [2], который и предложил термин «синергетика» (от греч. 8упег§еИко8 — совместный, согласованно действующий). Основной задачей синергетики, как отмечают авторы, является выявление и познание общих закономерностей, управляющих процессами самоорганизации в открытых нелинейных диссипативных системах разной природы: физических, химических, биологических, технических и пр. Иногда, в этой связи, синергетику представляют как науку о законах рождения порядка из хаоса.
В философской и социально-гуманитарной литературе прослеживается не только эклектичное использование физической, физико-химической и математической терминологии, принятой в синергетике, но и её мистификация. Причём жонглирование терминами, их «гипнотизирующая мисти-
фикация» исходят в том числе и из-под пера ряда основоположников синергетики, что, в свою очередь, требует критико-рефлексивного анализа предлагаемых к рассмотрению текстов и глубокого естественнонаучного обоснования идей.
При этом следует также иметь в виду существующее различие в подходах и уровнях описания «открытых нелинейных диссипативных систем».
Первый уровень (и подход), назовём его фундаментальным, принадлежит перу профессиональных физиков и химиков, не выходящих за пределы своего предмета исследования и не пользующихся «синергетической» терминологией. В работах названных авторов при описании процессов «самоорганизации» в неживой природе принципиально не используется информационная терминология (при описании «самоорганизации» в живой природе информационная терминология ими используется сугубо метафорически).
Второй уровень (и подход), его можно назвать синергетическим, составляют
работы представителей естественнонаучной и математической области познания, которые на определенном этапе своей профессиональной деятельности решили «перебросить мостик» отдалённых и расплывчатых аналогий из своей профессиональной сферы в сферу социально-гуманитарную. Авторы такого рода работ, как правило, хорошо владеют физико-химической терминологией и математическим аппаратом, позволяющим описывать «открытые нелинейные диссипативные системы». При этом, делая философские обобщения, они либо не всегда до конца представляют их фундаментальные мировоззренческие последствия, либо умышленно делают крен в сторону идеализма и мистики. В работах этих авторов при описании процессов «самоорганизации» в неживой и живой природе широко и «уверенно» используется информационная терминология, которая содержательно представляет собой перифраз давно и хорошо известных положений из естественнонаучной области. Для широкого «междисциплинарного» охвата они, по признанию Д.С. Чернавского, прибегают к «ревизии некоторых понятий, употребляемых в точных науках» [3; С. 12].
Третий уровень (и подход) составляют работы профессиональных философов. Они делятся на две подгруппы. Авторы этих работ почти не используют математический аппарат и не усложняют тексты описанием физики процессов в открытых нелинейных диссипативных системах. Более опытные авторы первой подгруппы осторожны в выводах и предельно диалектичны в своих высказываниях по поводу синергетики. Авторы второй подгруппы, являясь апологетами синергетики, не проявляют осторожности в высказываниях и не обладают самокритичностью. В публикациях этих авторов синергетика из «междисциплинарной методологии», которая, впрочем, ещё убедительно не обоснована, уже превращается в религию мира.
В публикациях В.Г. Буданова [4], Е.Н. Князевой, С.П. Курдюмова [5] довольно сжато и насыщенно представлена история становления синергетики, которую
потом некритически повторяют и начинающие философы-синергисты (см., например, П.В. Ополев [6]).
Прежде всего, авторы-синергисты связывают синергетику со становлением системного подхода и, в частности, с работами А.А. Богданова, Л. фон Берталанфи и
Н. Винера. Полагаем, что эта связь носит идейный характер и обусловлена, но не обоснована, претензиями синергетики на статус общенаучной методологии.
Далее синергисты выделяют вклад в становление синергетики следующих учёных в виде работ:
— А. Пуанкаре по нелинейной динамике и качественной теории дифференциальных уравнений, в которых были введены в математику такие основополагающие понятия: «сегодняшней» синергетики, как «аттрактор» (притягивающие множества в пространствах состояний открытых систем), «точка бифуркации» (значение параметра задачи, при котором появляются альтернативные решения, или существующие теряют свою устойчивость), «неустойчивая траектория» и «динамический хаос»;
— А.А. Андронова, Н.Н. Боголюбова, Я.Б. Зельдовича, А.Н. Колмогорова, Н.С. Крылова, А.М. Ляпунова, Л.И. Мандельштама, А.Н. Тихонова по развитию методов нелинейной динамики;
— А. М. Тьюринга, создавшего модель морфогенеза, и Э. Ферми, исследовавшего феномен возникновения и распространения солитонов;
— И.Р. Пригожина, сформулировавшего принцип минимума производства энтропии и создавшего теорию диссипативных структур;
— Г.Б. Басова, А.М. Прохорова и Ч. Таунса по созданию оптических квантовых генераторов (мазеры и лазеры);
— Б.П. Белоусова и А.М. Жаботинско-го, обнаруживших колебательные химические реакции;
— А.Н. Колмогорова и Ю.Л. Климон-товича, разработавших теорию турбулентности;
— А.П. Руденко, создавшего теорию эволюционного автокатализа;
— Б.Б. Кадомцева, А.А. Самарского и С.П. Курдюмова, изучавших поведение неравновесной плазмы в термоядерном синтезе;
— А.С. Давыдова, Г.Р. Иваницкого, И.М. Гельфанда, А.М. Молчанова, Д.С. Чернавского, В.И. Кринского, заложивших основы теории активных сред и биофизических приложений самоорганизации;
— Э. Лоренца, обнаружившего динамический хаос в задачах прогноза погоды;
— Д. Рюэля, Ф. Такенса и Л.П. Шиль-никова, исследовавших странные аттракторы;
— Р. Тома, В.И. Арнольда, создавших математическую теорию катастроф;
— У. Матурана и Ф. Варелы, разработавших эволюционную теорию автопоэзиса;
— Б. Мандельброта, создавшего основы фрактальной геометрии;
— М. Фейгенбаума и И. Помо, обнаруживших универсальные переходы к хаосу;
— Я. Синая, развившего эргодическую теорию;
— П. Бакома, открывшего и исследовавшего феномен самоорганизованной критичности.
К настоящему времени, по мнению синергистов, убедительно доказано, что «самоорганизация» возможна в «открытых нелинейных диссипативных системах». При этом, однако, возникают сомнения в том, что синергетика «строится» именно на естественнонаучной основе. В этой связи более подробно рассмотрим общие характеристики такого рода систем, обращая особое внимание на трансформации сине-ргистами определений, принятых в науке, в частности, на наличие ( или отсутствие) информационной терминологии.
Начнём с «открытости» — базовой характеристики систем, по поводу которых синергисты делают свои умозаключения.
В физике традиционно система считается открытой, если она обменивается со средой веществом, энергией и импульсом. При этом представители синергетического течения, как правило, опускают в своих публикациях слово «импульсом» и добавляют слово «информацией», что далеко не
всегда обосновано, имея в виду полисемич-ность термина «информация».
Так, например, В.Г. Буданов, вскрывая методологический аспект синергетики, отмечает, говоря об открытости систем: «Именно открытость позволяет эволюционировать таким системам от простого к сложному, разворачивать программу роста организма из клетки-зародыша. Это означает, что иерархический уровень может развиваться, усложняться только при обмене веществом, энергией, информацией с другими уровнями» [4; С. 89]. Е.Н. Князева также полагает, что «сложные системы являются открытыми системами, т.е. обменивающимися веществом, энергией и/или информацией с окружающей средой» [5; С. 210].
В этой связи необходимо иметь в виду, что, когда в текстах с синергетической терминологией речь идёт об атрибутах открытости системы, следует быть осторожным в связи с неоднозначностью включения в этот список «информации», т.к. в работах физиков-профессионалов этот термин не используется при описании физических, физико-химических и биофизических процессов.
Следующая характеристика систем, без которой невозможна «самоорганизация» и «синергия» — нелинейность. В некоторых философских публикациях, а из них и в других гуманитарных эссе (см., например, работы Б.А. Мукушева [7]), нелинейность трактуется либо однобоко и поверхностно, либо многословно и эклектично, из чего, в результате, делаются различные, часто неправдоподобные выводы.
В физике нелинейной называется система, если у неё отсутствует пропорциональная связь между величиной воздействия и величиной эффекта. В настоящее время изучаются нелинейные системы, которые можно в первом приближении разделить на классические и диссипативные.
Одним из характерных примеров проявления классической нелинейности может служить кривая намагниченности ферромагнетика (см. рисунок), впервые полученная А.Г. Столетовым.
Кривая намагниченности ферромагнетика
На рисунке наглядно представлено, что при увеличении напряжённости магнитного поля H в некотором интервале значений нарастает и намагниченность J куска ферромагнетика. При этом на некоторых участках кривой намагниченности можно считать зависимость J=J(H) линейной. На других участках кривая намагниченности ведёт себя нелинейно. Следует, однако, иметь в виду, что физики смогли объяснить на микроскопическом уровне не только линейный участок графика, но и нелинейный. Обычно на кривой намагниченности физики выделяют пять участков. Участок I — область начального, или обратимого намагничивания, где J= ХИ. В этой области протекают в основном процессы упругого смещения границ доменов при неизменной начальной магнитной восприимчивости %. Участок II — так называемая область Рэлея, характеризуется квадратичной зависимостью J от И и линейной зависимостью х от И. В области Рэлея намагниченность осуществляется благодаря не только процессам обратимого смещения, линейно зависящим от И, но и необратимого смещения, квадратично зависящим от И. Эта зависимость выражается в форме закона намагничивания Рэлея .]= Х^±ЯИ2 . Область III — область наибольших проницаемостей
— характеризуется быстрым ростом J, связанным с необратимым смещением междо-менных границ. Намагниченность на этом участке происходит скачками. Это скачкообразное изменение намагниченности ферромагнетиков под действием непрерывно
увеличивающегося внешнего магнитного поля, обнаруженное в 1919 г., в честь первооткрывателя получило название «эффект Баркгаузена».
В области IV, приближающейся к насыщению, основную роль играют процессы вращения. Участок V объясняется явлениями, свойственными для парапроцессов.
Есть и другие примеры «классической» нелинейности. Это, в частности, диаграмма растяжения упругих тел, кривая, выражающая зависимость силы тока I в цепи анода от напряжения и между катодом и сеткой, полученная в опытах Дж. Франка и Г. Герца, в которых было доказано существование дискретных энергетических уровней атома. И в этих случаях, как и при изучении намагниченности ферромагнетика, физикам удалось объяснить «нелинейности» без привлечения какой-либо мистики и/или понятия информации.
Приведённые примеры нелинейности физических процессов не вызывали особого беспокойства исследователей. Физики, решая проблемы, связанные с нелинейностью, «совершенствовали» безотказные линейные методы решения задач. «Нелинейный» мир, описываемый линейными уравнениями, представлялся квазилинейной картиной мира. И, как отмечают А.В. Гапонов-Грехов и М.И. Рабинович: «Лишь в 30-е гг., в значительной мере благодаря Л.И. Мандельштаму и его ученикам, среди которых наибольший вклад в обсуждаемую проблему внёс А.А. Андронов, было осознано, что ситуации, когда мы не наблюдаем аддитивного отклика на аддитивные воздействия ( или когда знания сколь угодно большого числа частных решений недостаточно для предсказания движения системы), т.е. когда линейный подход неприменим, не только не являются исключительными, но, наоборот, встречаются на каждом шагу. Стало ясно, что нелинейные проблемы из различных областей физики, и не только физики, оказываются очень сходными и требуют единого подхода в описании. Среди физиков различных специальностей начало вырабатываться «нелинейное мышление», и разные области на-
уки начали перенимать «нелинейный опыт» друг друга» [103; С. 220].
Революционным прорывом в развитии нелинейных методов и нового взгляда на нелинейные процессы является нелинейная оптика, зарождение которой связано с трудами С.И. Вавилова и его учеников (подробнее см. Л.В. Тарасов [587, с. 216]).
В настоящее время известно большое количество нелинейно-оптических явлений (см., например, Н.Б. Делоне, Р. Ло-удон [367], Э.А. Маныкин), среди которых характерными являются двухфотонное поглощение в случае двух пучков, двухфотонное поглощение в случае одного пучка, многофотонный внешний фотоэффект, вынужденное рамановское рассеивание, генерация третьей гармоники, явление затемнения среды, нелинейная интерференция, явление самофокусировки света.
При этом следует обратить внимание на то, что физики (см., например, Р. Ло-удон, Л.В. Тарасов) объясняют нелинейнооптические явления изменением свойств вещества, через которое проходит свет под действием света. В оптике под нелинейной средой понимают среду (вещество), физические характеристики которой зависят от интенсивности проходящего сквозь неё света. В этом случае необходимо учитывать, что одна и та же среда может быть «линейной» (при соответствующих воздействиях) и «нелинейной» ( также при соответствующих, но уже других, воздействиях). Важно знать, что в нелинейной оптике рассматриваются обратимые изменения характеристик среды: при снятии интенсивного светового воздействия параметры среды возвращаются к исходным значениям. Си-нергисты, упрощая изложение смысла нелинейности, вероятно, чтобы сделать его доступным для гуманитариев, говорят не о нелинейных моделях, описывающих те или иные среды/системы, а о «нелинейных системах» (см., например, Е.Н. Князева, С.П. Курдюмов [5]), что противоречит физикоматематическому смыслу нелинейности.
С нелинейностью физических явлений тесно связана и математическая нелинейность, которая имеет свои, совершенно
чёткие признаки. Так, в линейных уравнениях, которые использовала и продолжает использовать физика (чаще всего это волновое уравнение, уравнение теплопроводности и уравнение Лапласа), в качестве моделей для описания физически линейных процессов полагалось: если некоторая функция x является решением уравнения, то и kx также является решением этого уравнения при любом k = const, а также, если x1 и х2 представляют собой два решения одного уравнения, то и их сумма x = x+ x2 тоже будет являться решением того же линейного уравнения (принцип суперпозиции). В случае нелинейных уравнений ( уравнение Кортевега — де Фриза, нелинейное уравнение Шрёдингера и уравнение sine-Gordon), приведённые условия не выполняются. При этом физически нарушение принципа суперпозиции приводит к следующему обстоятельству — совместное действие причин Aj и А2 приводит к эффекту, который не имеет ничего общего с суммой эффектов от Aj и А2, если эти причины не были одновременными. По этому поводу Н.А. Кудряшов замечает: «Определить, с какой (линейной или нелинейной) моделью имеет дело исследователь, не всегда легко, но когда математическая модель сформулирована, то решение этого вопроса упрощается и выполнение принципа суперпозиции решений можно проверить» [Кудр, с. 87].
Дж. Л. Лэм, описывая физические системы, приводящие к уравнению Кортевега
— де Фриза (типично нелинейное уравнение), сообщает о них следующее: «Во-первых, им присуща характерная гидродинамическая нелинейность, описываемая членом вида иди/дх. Во-вторых, ограничиваясь рассмотрением лишь возмущений малой амплитуды и пренебрегая упомянутым членом, можно получить одночастотные решения с пространственно-временной зависимостью вида exp[i(kx — wt)]» [Лэм, с. 22].
У синергетиков всё запутано. Так, например, Е.Н. Князева [01], рассуждая о «склонности синергетики к магии», утверждает «жёсткую научную обоснованность» некоторых положений синергетики, среди
которых, в контексте изучения вопроса о нелинейности, следует обратить внимание на два предложения. Первое, «локальное действие может вызвать нелинейные, т.е. неоднозначные и непредсказуемые, огромные и обширные, т.е. нелокальные, почти «глобальные» результаты, и второе — «для всякой сложной системы существует дискретный спектр возможных эволюционных путей». Важно сопоставить два фрагмента этих утверждений, которые характеризуют один и тот же объект: «нелинейные, т.е. неоднозначные и непредсказуемые» и «дискретный спектр возможных эволюционных путей». Разве «дискретный спектр возможных эволюционных путей» с конечным и небольшим количеством вариантов не исключает «неоднозначность и непредсказуемость»?! «Дискретность» переводится на русский язык как «разделённый», «прерывистый» и противопоставляется непрерывности. В математическом смысле дискретность характеризует «счётное множество», а непрерывность — «мощность континуума». В другом месте Е.Н. Князева совместно с С.П. Курдюмовым отмечают: «Нелинейная (синергетическая) ситуация — это ситуация игры с реальностью» [5; С. 78].
Таким образом, физики, говоря о нелинейности, имеют в виду нелинейные явления, которые обусловлены зависимостью свойств среды, в которой эти явления протекают от происходящих в ней процессов, что может выражаться характерной «нелинейной» кривой зависимостью какого-либо параметра системы от воздействующего фактора (кривая намагниченности ферромагнетика, диаграмма растяжения упругого тела и т.п.), нелинейностью уравнений, которые используются для описания процессов, отсутствие аддитивного отклика на аддитивные воздействия, нарушение принципа суперпозиции.
Следующий синергетический атрибут, ведущий системы к «самоорганизации» — диссипация. Под диссипацией в традиционной физике понимается рассеивание в окружающую среду отработанного вещества или энергии. Впервые о диссипативных системах стали говорить в механике. В ме-
ханических системах, в которых существует трение, происходит уменьшение энергии системы. Это явление рассеивания энергии и было иначе названо диссипацией, а сами силы сопротивления, в результате действия которых происходит это рассеивание, стали называть диссипативными. Соответственно системы, в которых происходит диссипация энергии, получили название диссипативных систем.
Однако в гуманитарных науках можно встретить противоположную точку зрения. Так, например, И.К. Кудрявцев и С.А. Лебедев, описывая нелинейные системы, отмечают: «Разделяют два типа нелинейных систем — консервативные, которые характеризуются сохранением энергии, и диссипативные, в которых энергия диссипирует или, в случае открытых систем, поступает из окружающей среды» [Кудр, с. 57].
На самом деле проблема рождается по причине использования общепонятных для профессионалов сокращений. Вот простой пример. Т.С. Ахромеева, С.П. Курдюмов и Г.Г. Малинецкий, определяя смысл диссипативных структур, поясняют: «Представим себе генератор. Чтобы поддержать его колебания, нужно подавать энергию извне. При этом между поступающей и рассеивающейся энергией устанавливается динамическое равновесие. Имея в виду постоянный приток энергии и его рассеяние, генератор относят к открытым диссипативным системам» [Ахр, с. 16].
Таким образом, заканчивая рассмотрение основных характеристик «синергетических» систем, следует отметить два важных обстоятельства:
1) прообразом идей и основных понятий синергетики служат физические, физико-химические и биофизические явления и процессы, протекающие в «открытых нелинейных диссипативных системах»;
2) при описании «открытых нелинейных диссипативных систем» физики не используют информационной терминологии, а авторы текстов по синергетике, подготавливая почву для более расширенного приложения идей, понятий и законов, выработанных исследователями при изучении
«самоорганизующихся» систем неоргани- делают, на первый взгляд, незначительные ческой природы, прибегают к ревизии по- дополнения. нятий, употребляемых в точных науках и
Литература
1. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: новый диалог человека с природой. — М.: КомКнига, 2005. — 294 с.
2. Хакен Г. Синергетика. — М.: Мир, 1980. — 404 с.
3. Чернавский Д.С. Синергетика и информация: Динамическая теория информации. — М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. — 304 с.
4. Буданов В.Г. Методология синергетики в постнеклассической науке и в образовании. — М.: ЛКИ, 2008. — 232 с.
5. Князева E.H., Курдюмов С.П. Основания синергетики: Синергетическое миропонимание.
— М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2010. — 25б с.
6. Ополев П.В. Общенаучные основания синергетики // Омский научный вестник. — 2009.
— Nq 1 (75). — С. 93-9б.
7. Мукушев, Б.А. Проблемы формирования нелинейного стиля мышления личности // Alma mater. Вестник высшей школы. — 2009. — № 4. — С. 15-22.
8. Гапонов-Грехов А.В., Рабинович М.И. ^линейная физика. Стохастичность и структуры // Физика XX века: Развитие и перспективы. — М.: Шука, 1984. — С. 219-280.
9. Тарасов Л.В. Введение в квантовую оптику. — М.: Высшая школа, 1987. — 304 с.
10. Лоудон Р. Квантовая оптика. — М.: Мир, 197б. — 488 с.
11. Делоне H.B. ^линейная оптика // Соросовский образовательный журнал. — 1997. — № 3. — С. 94-99.
12. Маныкин Э.А. ^линейная интерференция // Соросовский образовательный журнал. — 1998. — № 7. — С.89-94.
13. Кудряшов H.A. ^линейные волны и солитоны // Соросовский образовательный журнал.
— 1997. — № 2. — С. 85-91.
14. Лэм Дж. мл. Введение в теорию солитонов. — М.: Мир, 1983. — 294 с.
15. Князева E.H. Саморефлективная синергетика // Вопросы философии. — 2001. — № 10.
— С. 99-113.
16. Кудрявцев И.К., Лебедев С.А.Синергетика как парадигма нелинейности // Вопросы философии. — 2002. — № 12. — С. 55-б3.
17. Ахромеева Т.С., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Парадоксы мира нестационарных структур. — М.: Знание, 1985. — 48 с.
Коротко об авторе_______________________________________________Briefly about the author
Жилин В. И. , канд. пед. наук, доцент, директор V. Zhilin, Candidate of pedagogical Science, associate филиала Омского государственного педагогического professor, Director of Omsk State pedagogical univer-университета в г. Тара sity branch in Tara
shatova@inbox.ru
Научная интересы: онтология и теория позна- Scientific interests: onthology and gnoseology ния
