Класс систем, способных к самоорганизации, – это открытые нелинейные системы. Открытость системы означает наличие в ней источников и стоков, обмена веществ и энергией с окружающей средой. Источники и стоки имеют место в каждой точке таких систем. Это, как говорят, – объемные источники и стоки. Процессы обмена происходят не только через границы самоорганизующейся системы, но и в каждой точке данной системы.
Открытость системы – необходимое, но недостаточное условие для ее само организации: т.е. всякая, самоорганизующаяся система, открыта, но не всякая открытая система самоорганизуется, строит структуры. Все зависит от взаимной игры, соревнования двух противоположных начал: создающего структуры, наращивающего неоднородности в сплошной среде (работы объемного источника), и рассеивающего, размывающего неоднородности начала самой различной природы. Рассеивающее начало в открытой системе может пересиливать, перебарывать работу источника, размывать все неоднородности, создаваемые им. В таком режиме структуры не могут возникнуть. Но с другой стороны, и при полном отсутствии диссипации, организация спонтанно возникнуть не может. Необходимо понять роль диссипации (зла) как фактора выедания всего лишнего и поэтому как необходимого элемента для саморазвития мира. Диссипация в среде с нелинейными источниками играет роль резца, которым скульптор постепенно, но целенаправленно отсекает все лишнее от каменной глыбы. А поскольку диссипативные процессы, рассеяние есть, по сути дела, макроскопическое проявление хаоса, постольку хаос на микро уровне – это не фактор разрушения, а сила, выводящая на аттрактор, на тенденцию самоструктурирования нелинейной среды.
Эффект создания структур в открытой нелинейной среде связывают с эффектом локализации. Сугубо внутренний и спонтанный эффект локализации порождается, таким образом, именно неравновесностью и открытостью системы. Причем роль источников и стоков неравноценна. За счет стоков могут образовываться стационарные структуры. В большинстве моделей изучаются именно такие «застывшие» на стоках структуры. В нашем случае внимание направлено на иного рода эффект локализации – на создание нестационарных (эволюционирующих) структур за счет нелинейных источников энергии. Нелинейность – фундаментальный концептуальный узел новой парадигмы. Можно даже сказать, что новая парадигма есть парадигма нелинейности. Поэтому важно развернуть, в том числе и наиболее общий, мировоззренческий смысл этого понятия. Нелинейность в математическом смысле означает определенный вид математических уравнений, содержащих искомые величины в степенях больше первой.
В мировоззренческом плане идея нелинейности может быть интерпретирована посредством идей: многовариантности, альтернативности, путей эволюции; идеи выбора из данных альтернатив; темпа эволюции (скорости развития процессов в среде); необратимости эволюции.
Особенности феномена нелинейности состоят в следующем: благодаря нелинейности имеет силу важный принцип «разрастания малого», или «усиление флуктуаций» (при определенных условиях нелинейность может усиливать флуктуации, значит делать малое отличие большим, макроскопическим по последствиям); определенные классы нелинейных систем демонстрируют свойство пороговой чувствтельности ниже порога все уменьшается, стирается, забывается, не оставляет никаких следов в природе, науке, культуре, а выше порога, наоборот, все многократно возрастает; нелинейность порождает своего рода квантовый эффект – дискретность путей эволюции нелинейных систем (сред), то есть в данной нелинейной среде возможен отнюдь не любой путь эволюции, а лишь определенный спектр этих путей; нелинейность означает возможность неожиданных, называемых в философии эмерджентными, изменений направления течений процессов. Нелинейность процессов делает принципиально ненадежными и недостаточными распространенные до сих пор прогнозы-экстраполяции от наличного. Ибо развитие совершается через случайность выбора пути в момент бифуркации, а сама случайность (такова уж она по природе) обычно не повторяется вновь.
Как показывают исследования, картина процесса на первоначальной или промежуточной стадии может быть полностью противоположной его картине на развитой, асимптотической стадии. Скажем, то, что сначала растекалось и гасло, может со временем разгораться и локализоваться у центра. Причем такие бифуркации по времени могут определяться всецело ходом процесса самоструктуризации данной среды, а не изменением ее параметров. Наконец, могут происходить изменения (вынужденные или спонтанные) самой открытой нелинейной среды. А если среда становится другой, то это приводит к качественному изменению картины процессов ее эволюции. На более глубоком уровне происходит переделка, переструктурализация поля возможных путей эволюции среды.
Режимы с обострением. За нелинейностью стоит, кроме того, представление о возможности – на определенных стадиях – сверхбыстрого развития процессов. В основе такого развития лежит положительная нелинейная обратная связь. Известно, например, к чему приводит отрицательная обратная связь. Она дает стабилизирующий эффект, заставляет систему вернуться к состоянию равновесия. А что дает положительная обратная связь? На первый взгляд кажется, что она приводит к разрушению, к раскачке, к уходу системы от равновесия, к неустойчивости, а неустойчивость не представляет интереса. Без неустойчивости нет развития. Положительная нелинейная обратная связь – важнейший элемент в моделях автокаталитических процессов самой различной природы. А что представляет собой автокатализ? Имеется положительная нелинейная обратная связь в каждой точке среды, иначе говоря, объемная положительная нелинейная обратная связь.
Автокаталитические процессы широко используются, в том числе и в биологических, экономических, социологических системах. Один из классических и наглядных примеров из области экономики – это быстрый рост капитала, как говорят «деньги к деньгам», или «капитал на капитал». Если свободные денежные средства пускают в оборот, вкладываются в какое-либо дело, то это может приводить к многократному увеличению капитала. Объемная нелинейная положительная обратная связь, таким образом, означает ускоренный самоподстегивающийся рост по всему пространству среды. Она не только вредна, но может служить источником быстрого развития. Режимы сверхбыстрого нарастания процессов в открытых нелинейных средах, при которых характерные величины (например, температура, энергия, или же денежный капитал) неограниченно возрастают за конечное время. Вводится характерный параметр – время обострения, конечный (ограниченный) промежуток времени, в течение которого процесс сверхбыстро (асимптотически) развивается вплоть до достижения бесконечных значений. Механизм, лежащий в основе режимов с обострением, – это как раз широкий класс положительных нелинейных обратных связей.
Развитие через неустойчивость. Если же природа содержит нестабильность, как существенный элемент, то мы должны уважать ее, ибо мы не можем предсказать, что может произойти, понятие нестабильности (или неустойчивости) освобождается теперь от негативного оттенка. Неустойчивость далеко не всегда есть зло, подлежащее устранению, или же досадная неприятность. Только системы, далекие от равновесия в состояниях неустойчивости, способны спонтанно организовать себя и развиваться. Устойчивость и равновестность – это, так сказать, тупики эволюции. Для устойчивых стационарных структур малое возмущение «сваливается» на то же самое решение, на ту же самую структуру. Неустойчивость означает развитие, развитие происходит через неустойчивость, через бифуркации, через случайность.
Системы, описываемые странными аттракторами, т.е. хаотизированные, неустойчивые системы, нельзя считать абсолютно неустойчивыми. Ведь для таких систем, возможно, не любое состояние, а лишь состояние, попадающее в ограниченную, детерминированную область фазового пространства. Неустойчивость означает случайные движения внутри вполне определенной области параметров. Стало быть, здесь имеет место не отсутствие детерминизма, а иная, более сложная, даже парадоксальная закономерность, иной тип детерминизма. Область фазового пространства странного аттрактора может быть ограничена. Поэтому может возникнуть впечатление о сплошной неустойчивости мира. В действительности же изучение странных аттракторов (в частности, построение их фазовых портретов) есть, по сути, говоря, открытие законов и границ неустойчивости.
Процессы в режимах с обострением развиваются неравномерно. Положительная нелинейная обратная связь составляет внутренний механизм режимов с обострением. Для определенного класса задач с сильными нелинейностями и размывающими факторами различной природы в фазовом пространстве систем существуют две области: область, где малое возмущение резко возрастает благодаря положительной обратной связи, и область, где малое возмущение затухает, сглаживается, нивелируется, благодаря той же, но отрицательной обратной связи.
Достаточно длительное время структуры развиваются медленно. Они существуют нестабильно. Иными словами, режимы с обострением имеют длительную квазистационарную стадию. Влияние малых возмущений, вообще говоря, различно в зависимости от ряда факторов: не только от стадии развития процесса, но и от места расположения возмущения (попадает ли оно в центральную часть структуры или на ее периферию), а также от меры сложности структуры. Если, допустим, малое возмущение попадает в центр системы на квазистационарной стадии, то оно несущественно, лишь немного изменяет момент обострения. Достаточно долго это возмущение вообще не чувствуется, ибо структура на этой стадии растет медленно. Малое возмущение вообще не играет никакой роли, полностью забывается, если на квазистационарной стадии оно попало на периферию структуры.
Далее, когда структуры выросли уже настолько, что перешли порог медленного роста, они начинают развиваться сверхбыстро в режиме обострения. На стадии вблизи момента обострения (на стадии неограниченного возрастания характерных величин) сложные локализованные структуры становятся неустойчивыми и распадаются из-за влияния малых флуктуаций.
Малое возмущение, попавшее в один из максимумов сложной структуры, которая приближается к моменту обострения, ускоряет его распад. А если оно попало на периферию сложной структуры, то она из-за быстрого сокращения размеров, сбегания интенсивной области процесса к центру может вообще не успеть «почувствовать» этого возмущения.
Блуждание по полю путей развития. Поле путей развития иллюстрирует особого рода детерминизм. Нелинейная система не жестко следует «предписанным» ей путям, а совершает блуждание по полю возможного, актуализирует, выводит на поверхность (всякий раз случайно) лишь один их этих путей. То есть в реальной картине бытия присутствует и момент противоположный детерминизму – случайность, неустойчивость. Неустойчивость не заменяет и не отменяет детерминизм, а дополняет и быть может, видоизменяет его.
Мы же говорим о неустойчивости иного рода. Пожалуй, мир неустойчив скорее не потому, что в момент бифуркации открываются разные пути развития. Вблизи бифуркаций случайность, действительно, играет решающую роль, но это – только одна сторона неустойчивости (чувствительности процессов к малым флуктуациям). Под неустойчивостью мы понимаем главным образом режимы сверхбыстрого нарастания, развития процессов с нелинейной положительной обратной связью. Неустойчивость – это вероятностный характер распада сложноорганизованных структур вблизи момента обострения.
В процессе самоорганизации открытых нелинейных систем обнаруживается двойственная, абвивалентная природа хаоса. Он выступает как двуликий Янус. Хаос разрушителен (сложные системы в развитых состояниях могут быть чувствительными к малым хаотическим флуктуациям на микроуровне). И в то же время хаос конструктивен, созидателен (сам хаос может быть защитой от хаоса: механизмом вывода на структуры-аттракторы эволюции, механизмом согласования темпов эволюции при объединении простых структур в сложные, а также механизмом переключения, смены различных режимов развития системы). Хаос конструктивен через свою разрушительность и благодаря ей, разрушителен на базе конструктивности и через нее. Разрушая, он строит, а строя, приводит к разрушению.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему