Методологические принципы синергетики. Структурные принципы бытия: гомеостатичность и иерархичность
Российский философ Владимир Буданов сформулировал семь методологических принципов, на которых должно строится описание и моделирование сложных систем — 2 структурных принципа Бытия и 5 принципов Становления. В статье Методологические принципы синергетики. Критерии отбора и общая логика описаны критерии отбора принципов синергетики и их общая логика. В этой статье рассказывается о двух структурных принципах Бытия:
- I — гомеостатичность;
- II — иерархичность.
Они характеризуют фазу «порядка», стабильного функционирования системы, ее жесткую онтологию, прозрачность и простоту описания.
Ниже опубликованы выдержки из книги «Методология синергетики в постнеклассической науке и образовании», которую написал Владимир Григорьевич Буданов, российский физик и философ, ведущий научный сотрудник Сектора междисциплинарных проблем научно-технического развития в Институте философии РАН. Выдержки публикуются с разрешения автора.
Приобрести книгу вы можете здесь.
I. Гомеостатичность
Гомеостаз — это явление поддержания программы функционирования системы в некоторых рамках, позволяющих ей следовать к своей цели.
Согласно Н. Винеру, всякая система телеологична, т. е., имеет цель существования, (апология Аристотеля). При этом от цели-эталона-идеала (реальной или воображаемой) система получает корректирующие сигналы, позволяющие ей не сбиться с курса. Эта корректировка осуществляется за счет отрицательных обратных связей (доля сигнала с выхода системы подается на вход с обратным знаком), подавляющих любое отклонение в программе поведения, возникшее под действием внешних воздействий среды. Именно так большую часть времени ведут себя все живые системы, например: теплокровные поддерживают температуру тела постоянной в широком диапазоне внешних температур; автопилот самолета, сверяясь с гирокомпасом, выдерживает курс и высоту самолета, несмотря на воздушные ямы и порывы ветра.
Цель-программу поведения системы в состоянии гомеостаза в синергетике называют аттрактор (притягиватель). В пространстве состояний системы аттрактор является некоторым множеством, размерности меньшей, чем само пространство, к которому со временем притягиваются близлежащие состояния.
Область притяжения аттрактора называется его бассейном. Подчеркнем, что аттракторы существуют только в открытых диссипативных системах, т. е., рассеивающих энергию, вещество, информацию, и описывают финальное поведение системы, которое обычно намного проще переходного процесса.
Аттракторы
С простейшими аттракторами мы встречаемся уже в механике: затухающий маятник останавливается в нижней точке, а шарик на дне ямки — это аттракторы положения равновесия, точки. Но возможны и более интересные аттракторы: орел парит в восходящем потоке, пинг-понговый шарик висит в вертикальной струе воздуха, выдуваемого пылесосом, полотнище флага мерно колеблется на ровном ветру, осины переговариваются дрожащими листьями, по воде пруда пробегает легкая рябь, облака завиваются в грядки, будто их кто-то распахал, и часы-ходики убаюкивающе тикают. Но стоит утихнуть ветру, выключить пылесос, приподнять часовую гирьку — и все замирает, приходит в равновесие: облака расплываются, шарик падает, часы замолкают.
Такие структуры существуют лишь до тех пор, пока в систему подается поток вещества и энергии — так называемые диссипативные (рассеивающие энергию) структуры далекие от равновесия. Именно такими структурами являются все живые системы, они умирают без постоянной прокачки вещества и энергии через систему, без обмена веществ. Аналогично, структуры мозга человека, не получающего информацию деградируют, так же как умирает культура вне живой повседневной практики традиции. Этот принцип объединяет многие идеи кибернетики, системного анализа и синергетики.
II. Иерархичность
Наш мир иерархизован по многим признакам. Например, по масштабам длин, времен, энергий. Это означает, например, что базовые структуры Вселенной принимают не все возможные значения энергий, но с относительным шагом, примерно, в 100 раз, начиная от кварков и кончая живыми организмами (лестница Вайскопфа). Само же число уровней необозримо велико, и в каждой базовой структуре существует множество подуровней.
Основным смыслом структурной иерархии является составная природа вышестоящих уровней по отношению к нижестоящим. То, что для низшего уровня есть структура-порядок, для высшего есть бесструктурный элемент хаоса, строительный материал.
То есть, Космос предыдущей структуры служит Хаосом последующей, и мы говорим: нуклоны образованы кварками, ядра нуклонами, атомы — ядрами и электронами, молекулы атомами, общество людьми. Существуют и нематериальные иерархии. В языке это слова, фразы, тексты; в мире идей это мнения, взгляды, идеологии, парадигмы; аналогично в уровнях управления, в уровнях целей.
Принцип круговой причинности
Всякий раз, элементы, связываясь в структуру, передают ей часть своих функций, степеней свободы, которые теперь выражаются от лица коллектива всей системы, причем, на уровне элементов этих понятий могло и не быть.
Например, общественное мнение «высказывает» мифический среднестатистический субъект, и вполне может оказаться, что именно так никто не думает. Эти коллективные переменные «живут» на более высоком иерархическом уровне, нежели элементы системы, и в синергетике, следуя Г. Хакену, их принято называть параметрами порядка — именно они описывают в сжатой форме смысл поведения и цели-аттракторы системы.
Описанная природа параметров порядка называется принципом подчинения, когда изменение параметра порядка как бы дирижирует синхронным поведением множества элементов низшего уровня, образующих систему, причем, феномен их когерентного, т. е., взаимосогласованного, сосуществования иногда называют явлением самоорганизации.
Подчеркнем принцип круговой причинности в явлениях самоорганизации, взаимную обусловленность поведения элементов любых двух соседних уровней, своеобразный общественный договор: одни управляют, организуя согласованное поведение и порядок, другие подчиняются, передавая первым часть своих степеней свободы и, тем самым, участвуя в создании порядка.
Замечательно то, что эти первые, управляющие элементы не персонифицированы, не являются новыми элементами, но распределены по всем элементам системы в качестве общих для всех коллективных степеней свободы — так называемое распределенное самоуправление. Например, такова в идеале роль законодательства в обществе, делегировавшего государству часть свобод своих граждан; так в бурлящем потоке воды кружит водоворот, увлекающий частицы в слаженном танце, так действует «невидимая рука» рыночной саморегуляции.
Невозможность полной редукции
Важным свойством иерархических систем является невозможность полной редукции, сведения свойств-структур более сложных иерархических уровней к языку более простых уровней системы.
Каждый уровень имеет внутренний предел сложности описания, превысить который не удается на языке данного уровня. Существуют зоны непрозрачности языка — семантического хаоса. Это есть еще одна причина иерархии языков, отвечающих иерархии уровней. Именно поэтому абсурдна попытка вульгарного редукционизма, сведения всех феноменов жизни и психики к законам физики элементарных частиц лишь на том основании, что из них все состоит. Это всего лишь радость малыша, разбившего дорогой пентиум — перебирая микросхемы-сороконожки он с гордостью утверждает, что наконец-то понимает, как устроен папин компьютер. Кстати, это необходимый этап познания более глубокого уровня материи, и физики последние сто лет не раз вскрывали очередные матрешки (разбивали пентиумы), нагревая материю или разгоняя ее на ускорителях.
Микро-, макро- и мега-уровни и принцип подчинения
Выделенную роль в иерархии систем играет время, и синергетический принцип подчинения Хакена формулируется именно для временной иерархии. Представим нашу реальность бесконечной чередой структурных временных уровней-масштабов, от мыслимых сегодня, самых быстрых процессов в микромире до масштабов времени жизни Вселенной; впрочем, это может быть и мир нефизических явлений.
Рассмотрим теперь три произвольных ближайших последовательных временных уровня. Назовем их микро-, макро- и мега- уровнями.
Принято говорить, что параметры порядка — это долгоживущие коллективные переменные, задающие язык среднего макроуровня.
Сами они образованы и управляют быстрыми, короткоживущими переменными, задающими язык нижележащего микроуровня. Последние, быстрые переменные ассоциируются для макроуровня с бесструктурным «тепловым» хаотическим движением, неразличимым на его языке в деталях.
Следующий, вышележащий над макроуровнем, мегауровень образован сверхмедленными «вечными» переменными, которые выполняют для макроуровня роль параметров порядка, но теперь, в этой триаде уровней, их принято называть управляющими параметрами. Плавно меняя управляющие параметры, можно менять систему нижележащих уровней, иногда эти изменения выглядят весьма бурно, кризисно, и тогда говорят о критических (бифуркационных) значениях управляющих параметров.
Итак, на каждом уровне системы сосуществуют представления, идеалы, категории «хаоса» и «вечности» как атрибутов присутствия, дыхания соседних микро- и мега- уровней, как принципа открытости системы, принадлежности ее к иерархической цепи мироздания.
Это древние архетипы, жившие в человеческой культуре всегда. Сами же переменные макроуровня или параметры порядка, «победившие» хаос, задают онтологию, закон существования, порядок вещей, «порядок» бытия данного уровня.
При рассмотрении двух соседних уровней в фазе Бытия принцип подчинения гласит:
Долгоживущие переменные управляют короткоживущими, вышележащий уровень — нижележащим.
Следует отметить, что этот принцип в динамических системах с временной иерархией задолго до Г. Хакена был открыт выдающимся советским математиком академиком А.Н. Тихоновым (знаменитая теорема Тихонова). Иллюстраций действия принципа множество. Так, в романе Ивана Ефремова «Час быка» небольшая горстка правителей ДЖИ (долгоживущих) вершат судьбы большинства КЖИ (короткоживущих). Микроскопические движения беспорядочно снующих молекул складываются в осязаемый порыв ветра, который уносит их на огромные, по сравнению с микроперемещениями, расстояния. Миграционные потоки определяют распределение особей популяции или народонаселения, а культурная традиция воспроизводится во множестве семей на протяжении поколений.
Ограничения принципа подчинения
В заключение подчеркнем, что
принцип подчинения справедлив не всегда, его не стоит абсолютизировать.
Не всегда удается указать способ возникновения параметра порядка, или управляющего параметра из переменных низшего уровня. Зачастую это формирование происходило очень давно и совсем не из этих переменных, и мы наблюдаем лишь наследованную иерархичность, либо кажущуюся. Например, большинство процессов на Земле тем или иным образом связаны с суточными, годовыми или лунными циклами, т. е., эти периоды являются управляющими параметрами для планеты, ее биосферы, хотя сами земные события, практически, никак не влияют на них. Здесь необходимо вернуться к общим корням возникновения Солнечной системы из газопылевого облака, когда материя будущей звезды и планет кружилась в едином хороводе, рассеивая энергию в столкновениях и сжимаясь к оси вращения и вблизи резонансных орбит. Это и был процесс рождения параметров порядка, так постепенно формировались небесные тела, материя обособилась в планетах и далее активная диссипация-эволюция шла именно на них и на Солнце, а космические ритмы стали консервативным мемориалом ранней эпохи творения, эволюционными кодами нашей звезды.
Итак, не всякий медленный параметр будет «главнее» любого быстрого. Мы получаем коэволюцию квазинезависимых иерархических систем: наш пульс и дыхание слабо зависят от времени года; дети когда-то вырастают и живут самостоятельно, образуют свои семьи; некогда единая плотная Вселенная предстает перед нами разрозненными островками звездной материи. Все это свидетельства того, что иерархичность не может быть раз и навсегда установлена, т. е., не покрывается только принципом Бытия, порядка. Необходимы принципы Становления — проводники эволюции.
Использована иллюстрация Сергея Орлова.
