Теориям самоорганизации - синергетика, теория изменений и теория катастроф

В предыдущем параграфе понятие "система" рассматривалось преимущественно в своем статическом аспекте, который особенно подробно изучен системным анализом. Тем не менее было бы ошибкой полагать, что в системном анализе исследована исключительно статика систем. В действительности он дал богатый материал, позволяющий сделать важные выводы относительно закономерностей их развития. Эти вопросы отнесены во второй параграф с учетом тех специфических задач, которые ставят перед нами объект и логика исследования, а также с учетом тех органических, родственных связей, которые пронизывают системный анализ и теории самоорганизации.

В основе системного анализа лежит принцип системности, а в основе теорий самоорганизации - принцип развития. Оба принципа взаимно дополняют друг друга и в действительности образуют единство, отражающееся в познании как единство теорий самоорганизации и системных исследований, которое выражается в том, что первые основываются на методологии и теоретических выводах вторых. Обратный процесс - ассимиляция общей теорией систем, системным анализом и системным подходом методологических находок теорий самоорганизации - пока отстает, что вполне объяснимо, поскольку эти дисциплины акцентируют свое внимание на разных аспектах одних и тех же объектов - систем различных видов.

К теориям самоорганизации относятся синергетика, теория изменений и теория катастроф. Синергетика, основные положения которой были сформулированы профессором Штутгартского университета Г. Хакеном, представляет собой эвристический метод исследования открытых самоорганизующихся систем, подверженных кооперативному эффекту, который сопровождается образованием пространственных, временных или функциональных структур; или, кратко, процессов самоорганизации систем различной природы (сноска 1). Синергетика возникла в ответ на кризис исчерпавшего себя стереотипного, линейного мышления, основными чертами которого являются (сноска 2): представление о хаосе как исключительно деструктивном начале мира; рассмотрение случайности как второстепенного, побочного фактора; мир считается независимым от микрофлуктуаций (колебаний) нижележащих уровней бытия и космических влияний; взгляд на неравновесность и неустойчивость как на досадные неприятности, которые должны быть преодолены, т.к. играют негативную, разрушительную роль; процессы, происходящие в мире, являются обратимыми во времени, предсказуемыми и ретросказуемыми на неограниченно большие промежутки времени; развитие линейно, поступательно, безальтернативно (а если альтернативы и есть, то они могут быть только случайными отклонениями от магистрального течения, подчинены ему и в конечном счете поглощаются им); пройденное представляет исключительно исторический интерес, а возвраты к старому, если они и есть, являются диалектическим снятием предыдущего уровня и имеют новую основу; мир связан жесткими причинно-следственными связями; причинные цепи носят линейный характер, а следствие если и не тождественно причине, то пропорционально ей, т.е. чем больше вложено энергии, тем больше результат.

То есть фактически речь идет о механистической картине мира и механицизме как методе, подходящем к миру как гигантскому механизму, а к отдельным объектам и процессам как деталям этого механизма. На неприменимость механицизма как универсальной модели мира указывали еще Д. Дидро и Ф. Шеллинг, в ХХ веке - С.Н. Булгаков и А. Раппопорт, критикуя ее с философской точки зрения. Естественнонаучная критика началась в ХIХ веке, когда термодинамика поставила под вопрос вневременной характер механистической картины мира, доказывая, что если бы мир был гигантской машиной, то она неизбежно должна была бы остановиться, так как запас полезной энергии рано или поздно был бы исчерпан, но, несмотря на это, механистическая парадигма остается до сих пор "точкой отсчета", образуя центральное ядро науки в целом, не говоря уже о большинстве социальных наук, в особенности, экономике, которые еще находятся в полной ее власти (сноска 3). Особенно неприемлемо в механицизме рассмотрение объекта как простой "суммы" его частей, что неизбежно ограничивает исследование уровнем подсистем, а это недостаточно для познания объекта. Кроме того, "механизмы", "машины", в качестве которых изучается объект, являются замкнутыми, закрытыми системами, находящимися в устойчивом, равновесном состоянии, а подобные системы составляют лишь небольшую часть мира. Большинство систем являются открытыми, как, например, биологические и социальные, и редко находятся в устойчивом, равновесном состоянии, поэтому любые попытки понять их в пределах механистического мировоззрения обречены на провал (сноска 4).

Синергетика, как и другие теории самоорганизации, пытается восполнить "белые пятна", которые оставил после себя механицизм, главное среди которых - практически полное отсутствие обобщений, касающихся поведения открытых систем. Синергетика, изучая законы самоорганизации, самодезорганизации и самоуправления сложных систем, дает то универсальное знание законов самоорганизации и развития систем, в котором давно назрела насущная потребность. Роль синергетики как новой научной картины мира и методологии исследования процессов движения систем тем более велика, если учитывать ее синтетический, по существу, характер. Г. Хакен, выступая на первой в СССР конференции по синергетике, определил цели, которые она ставит перед собой, так: перегруженную огромным количеством деталей информацию о системах различной природы, изучаемых современной наукой, необходимо сжать, превратив в небольшое число законов или концепций, так как, по выражению английского специалиста по кибернетике С. Бира, данные превратились в новейшую разновидность загрязнения окружающей среды - их избыток породил информационный голод (сноска 5). Появление концепций самоорганизации (синергетики, в частности) можно рассматривать как новый важный этап эволюции науки, наступивший за суперспециализацией, несущий новые возможности диалога наук и новые подходы к их преподаванию.

Сходные с синергетикой задачи ставят перед собой системные исследования. В чем же заключается различие между ними, что нового вносит синергетика? Помимо различий, у синергетики (и других теорий самоорганизации) и системных исследований есть и общее. Их объединяют принципы системности, развития, изоморфизма, типология систем. Как уже отмечалось выше, синергетика впитала в себя все значимые для исследования процессов самоорганизации теоретические и методологические выводы системных исследований. Соотношение синергетики и системных исследований показывает таблица 3.

Таблица 3. Соотношение системных исследований и синергетики

* Это объясняется тем, что на выводы системных исследований, особенно на раннем этапе их развития, большой отпечаток наложило механистическое мировоззрение.

** Что отчасти, по крайней мере для системных исследований в СССР, объясняется жесткой идеологической привязанностью к выводам материалистической диалектики, которая источником движения называла противоречия внутри объекта, и только.

Параллельно с синергетическими исследованиями, но независимо от них в рамках Брюссельской научной школы (сноска 6), вдохновителем которой является Илья Пригожин, развивалась теория изменений, обладающая большой эвристической силой. Специалисты по теории изменений разработали методологию и соответствующий понятийный аппарат исследования процессов движения систем, в особенности фазы "скачка". Г. Хакен считает, что синергетика "шире" концепции И. Пригожина, поскольку она исследует явления, происходящие в точке неустойчивости, и структуру (новую упорядоченность), которая возникает за порогом неустойчивости (сноска 7). Однако с другой стороны, в определенном смысле более широким следует признать подход И. Пригожина, поскольку в его рамках рассматриваются как неравновесные, необратимые процессы, протекающие в открытых системах, так и обратимые, имеющие место в закрытых системах. В целом синергетика и теория изменений уже с трудом отделимы друг от друга, поскольку, будучи очень близки объектами и методами исследования, они впитали понятийный аппарат друг друга. Это особенно характерно для синергетики, поэтому концепцию Брюссельской школы можно рассматривать как синергетическую. Синергетика и теория изменений составили фундамент концепций самоорганизации, на котором уже построены многие физические, химические, биологические теории.

Прежде чем перейти к непосредственному рассмотрению самоорганизационных концепций развития, необходимо определиться в таких основных понятиях, как развитие, эволюция, рост, поскольку выработанная философией единая, общепринятая точка зрения на них, к сожалению, в рамках системной теории и методологии нередко игнорируется, что крайне затрудняет возможности оперирования ими.

Общепринятое определение понятия "развитие" звучит следующим образом. Развитие представляется необратимым, направленным, закономерным изменением материи и сознания, их универсальным свойством; в результате развития возникает новое качественное состояние объекта - его состава или структуры (сноска 8). На наш взгляд, в данном определении есть нуждающиеся в существенной корректировке положения. Во-первых, необратимыми являются процессы изменения открытых систем, и, хотя таковых большинство, все же существуют и закрытые системы, в которых происходят обратимые изменения. Во-вторых, в результате развития изменяется не только структура системы, но и ее поведение, функционирование. В системных и даже некоторых синергетических определениях развития указанные недостатки присутствуют, а его достоинства нередко не реализуются.

Все многообразие взглядов на развитие можно представить в виде четырех групп. Первая группа исследователей связывает развитие с реализацией новых целей, целенаправленностью изменений (сноска 9), но это не является необходимым условием, а тем более атрибутом развития. Вторая рассматривает его как процесс адаптации к окружающей среде (сноска 10), что также является лишь его условием - необходимым, но отнюдь не достаточным. Третья группа подменяет развитие его источником - противоречиями системы (сноска 11). Четвертая - отождествляет развитие с одной из его линий - прогрессом, или усложнением систем (сноска 12), либо одной из его форм - эволюцией (сноска 13).

Отсутствие адекватного определения развития в системных концепциях побуждает нас вновь обратиться к общепринятой трактовке, приняв во внимание ее недочеты. На наш взгляд, под развитием следует понимать качественное изменение состава, связей (т.е. структуры) и функционирования системы, или, кратко, любое качественное изменение системы.

Количественное изменение состава и взаимосвязей системы выражает понятие "рост" и его темпы (следовательно, рост не следует отождествлять с развитием, что характерно для многих экономистов (сноска 14)).

Развитие может идти как по линии прогресса, так и регресса, и выражаться в эволюционной или революционной форме (сноска 15).

Революция в теориях самоорганизации получила название скачка, фазового перехода или катастрофы. Трудно согласиться с распространенной точкой зрения насчет эволюции системы, отождествляемой то с развитием, то с ростом системы, то с ее прогрессом и регрессом, иногда и со всем перечисленным одновременно, либо с изменением, дифференциацией, а в узком смысле - с количественным изменением (сноска 16). Поскольку эволюция является формой развития, а последнее представляет собой качественное изменение, было бы нелогично понимать под эволюцией количественное, постепенное изменение (тем более что количественное изменение отражается понятием "рост"), под эволюцией мы будем подразумевать поступательное, медленное, плавное качественное изменение, а под революцией, как это и принято, - скачкообразное, быстрое качественное изменение.

Встает также вопрос о соотношении понятий "организация", "развитие" и базового для синергетики понятия "самоорганизация". Под самоорганизацией понимается процесс установления в системе порядка, происходящий исключительно за счет кооперативного действия и связей ее компонентов и в соответствии с ее предыдущей историей, приводящий к изменению ее пространственной, временной или функциональной структуры. (сноска 17) Фактически, самоорганизация представляет собой установление организованности, порядка за счет согласованного взаимодействия компонентов внутри системы при отсутствии упорядочивающих воздействий со стороны среды. Это требует уточнения понятия "организация", введенного ранее, вернее, разделения на организацию как взаимодействие частей целого, обусловленное его строением, которое может быть задано как самой системой, так и внешней средой; организацию как упорядочивающие воздействия среды; а также организацию как объект такого воздействия. В концепциях самоорганизации организация понимается в двух последних смыслах.

Что касается соотношения понятий развития и самоорганизации, то первое следует признать более широким, поскольку оно включает как организующие воздействия среды, так и самоорганизацию; как прогрессивные процессы (которые в основном исследуют концепции самоорганизации), так и регрессивные. Чтобы система была самоорганизующейся и, следовательно, имела возможность прогрессивно развиваться, она должна удовлетворять, по крайней мере, следующим требованиям: система должна быть открытой, т.е. обмениваться со средой веществом, энергией или информацией; процессы, происходящие в ней, должны быть кооперативными (корпоративными), т.е. действия ее компонентов должны быть согласованными друг с другом; система должна быть динамичной; находиться вдали от состояния равновесия (сноска 18). Главную роль здесь играет условие открытости и неравновесности, поскольку, если оно соблюдено, остальные требования выполняются почти автоматически.

Так как движение и развитие равновесных и неравновесных, закрытых и открытых систем подчинено разным закономерностям, их необходимо рассматривать отдельно, первоначально проанализировав состояния равновесия - неравновесия с системно-синергетической точки зрения.

Под равновесием понимается состояние закрытой системы, при котором ее макроскопические параметры остаются неизменными (сноска 19), т.е. сохраняется установившаяся структура, функционирование, параметры ее входов и выходов. И. Пригожин и И. Стенгерс иллюстрируют равновесное состояние на примере племени: если рождаемость и смертность в нем примерно равны, то численность его остается постоянной, что соответствует (в данном аспекте, конечно) равновесному состоянию; небольшое превышение рождаемости при обильных источниках ресурсов не оказало бы существенного влияния, т.е. система находилась бы в состоянии, весьма близком к равновесию (сноска 20).

Состояние равновесия может быть устойчивым (стационарным) и подвижным. О стационарно равновесном состоянии говорят в том случае, если при изменении параметров системы, возникшем под влиянием внешних или внутренних возмущений, система возвращается в прежнее состояние (сноска 21). Состояние подвижного (неустойчивого) равновесия имеет место тогда, когда изменение параметров влечет за собой дальнейшие изменения в том же направлении и усиливается с течением времени (сноска 22). Длительное время в состоянии равновесия могут находиться лишь закрытые системы (сноска 23), не имеющие связей с внешней средой, тогда как для открытых систем равновесие может быть только мигом в процессе непрерывных изменений. Равновесные системы не способны к развитию и самоорганизации, поскольку подавляют отклонения от своего стационарного состояния, тогда как развитие и самоорганизация предполагают качественное его изменение. Особенно это относится к самоорганизации, так как если развитие полностью не исключено при подвижном равновесии, но, по крайней мере, сильно замедлено, то процесс самоорганизации даже и в этом случае невозможен до тех пор, пока система из него не выйдет, ибо он предполагает упорядочивание за счет кооперативного взаимодействия компонентов, а последние в условиях равновесия, в том числе и подвижного, являются инерционной силой, способной лишь на изменение количественных характеристик.

В закрытых системах постепенно возрастает энтропия (хаос, беспорядок), что следует из сформулированного для закрытых систем второго начала термодинамики, которым пользуются теории самоорганизации при описании закрытых систем. Рост энтропии вызывается диссипацией энергии (сноска 24) и может быть объяснен логически: поскольку в закрытых системах упорядоченность не увеличивается, то, не получая негэнтропийных воздействий из среды, они постепенно наращивают энтропию. Остановить наращивание энтропии может лишь налаживание каналов взаимодействия с внешней средой. Именно поэтому можно сказать, что абсолютно закрытых (как и абсолютно открытых) систем не существует. В не полностью закрытых системах сдерживание энтропии достигается внешними по отношению к системе упорядочивающими воздействиями со стороны среды. Например, в странах, пытающихся осуществить автаркию, в странах с тоталитарным режимом экономическая жизнь подвержена мощному государственному регулированию и контролю, т.е. управляется внешней по отношению к рынку системой.

Неравновесность, цикличность является всеобщей формой организации материи, возникающей под влиянием внешней среды (сноска 25). Неравновесность можно определить как состояние открытой системы, при котором происходит изменение ее макроскопических параметров, т.е. ее состава, структуры и поведения. Для поддержания неравновесности система нуждается в том, чтобы из среды в нее поступал поток отрицательной энтропии по величине, по крайней мере, равный внутреннему производству энтропии (сноска 26), а также, согласно принципу неравновесности, система должна постоянно осуществлять работу, чтобы сохранить условия своего существования (сноска 27). Именно это делает возможным для неравновесной системы повышение своей упорядоченности, организованности, отсутствующих у равновесных систем. Возможно, именно кооперативной "работе" компонентов неравновесные системы обязаны отмеченным в литературе по теории самоорганизации эффектом, заключающимся в том, что они проявляют чрезвычайную чувствительность к внешним воздействиям: слабый сигнал на входе может привести в значительному и нередко неожиданному изменению на выходах, что означает неприменимость к ним жестких причинно-следственных зависимостей, в которых следствие если не тождественно, то пропорционально причине (сноска 28). На этом эффекте основано действие резонансного возбуждения, представляющего собой особую чувствительность системы к воздействиям, согласующимся с ее внутренними свойствами (сноска 29). Вследствие этого малые, но согласованные с внутренним состоянием системы внешние воздействия на нее могут оказаться более эффективными, чем большие (сноска 30) (для этого может потребоваться соблюдение некоторых условий, например, чтобы значения параметров системы не выходили за пределы какой-либо области), а появление нового признака или нового элемента у одного компонента системы приводит к появлению их и у других компонентов (сноска 31).

Системы и их компоненты подвержены флуктуациям (колебаниям, изменениям, возмущениям), которые в равновесных, закрытых системах гасятся сами по себе. В открытых системах под воздействием внешней среды внутренние флуктуации могут нарастать до такого предела, когда система не в силах их погасить. Фактически внутренние флуктуации рассматриваются в концепциях самоорганизации как безвредные, и только внешние воздействия оказывают более или менее значимое влияние (сноска 32). В последнее время в это положение вносятся существенные коррективы, касающиеся, в частности, "естественного отбора" флуктуаций: чтобы процессы самоорганизации имели место, необходимо, чтобы одни флуктуации получали подпитку извне и тем самым обладали преимуществом над другими флуктуациями (сноска 33). Тем не менее и в этом случае недооценивается роль в движении системы флуктуаций внутреннего происхождения. Лишь теория катастроф указывает на то, что скачок может быть следствием одних лишь внутренних флуктуаций (сноска 34). Если в материалистической диалектике недооценивалась роль среды, то в концепциях самоорганизации - роль самой системы (и ее подсистем) в ее развитии.

В последнее время концепции самоорганизации стали отводить внутренним флуктуациям большую роль, чем прежде. Об этом свидетельствует приводимая ниже типология флуктуаций (сноска 35), согласно которой различаются свободные колебания, вынужденные и автоколебания. К свободным относят колебательные движения, постепенно затухающие в реальной системе (как затухают колебания свободно подвешенного маятника), достигающей, таким образом, состояния равновесия. Вынужденные флуктуации возникают при воздействии на систему совершающей колебания внешней силы (к примеру, человека, подталкивающего маятник), в результате которого система раньше или позже будет флуктуировать с частотой и амплитудой, навязываемыми внешним влиянием. Автоколебания - это незатухающие, самоподдерживающиеся колебания, происходящие в диссипативных (макроскопических открытых, далеких от равновесия (сноска 36)) системах, т.е. системах, определяющихся параметрами, свойствами и природой самой системы. Вынужденные колебания и автоколебания характерны для открытых систем, а свободные - для закрытых, стремящихся к равновесию.

Влияние на систему как внешних, так и внутренних флуктуаций различных видов (включая резонансные с системой) основано на действии двух эффектов: петли положительной обратной связи и кумулятивного эффекта.

Петля положительной обратной связи делает возможным в далеких от равновесия состояниях усиление очень слабых возмущений до гигантских, разрушающих сложившуюся структуру системы, волн, приводящих систему к революционному изменению - резкому качественному скачку. Такой подход может помочь глубже разобраться в природе многих социально-экономических процессов, включая экономическое развитие, экономические циклы, НТР и т.д.

Кумулятивный эффект заключается в том, что незначительная причина вызывает цепь следствий, каждое из которых все более существенно (сноска 37). Нередко он непосредственно связан с петлей положительной обратной связи.

Флуктуации, воздействующие на систему, в зависимости от своей силы могут иметь совершенно разные для нее последствия. Если флуктуации открытой системы недостаточно сильны (особенно это касается флуктуаций управляющего параметра или подсистемы), система ответит на них возникновением сильных тенденций возврата к старому состоянию, структуре или поведению, что раскрывает глубинную причину неудач многих экономических реформ (сноска 38). Если флуктуации очень сильны, система может разрушиться. И, наконец, третья возможность заключается в формировании новой диссипативной структуры (см. ниже) и изменении состояния, поведения и/или состава системы.

Любая из описанных возможностей может реализоваться в так называемой точке бифуркации, вызываемой флуктуациями, в которой система испытывает неустойчивость. Точка бифуркации представляет собой переломный, критический момент в развитии системы (сноска 39), в котором она осуществляет выбор пути; иначе говоря, это точка ветвления вариантов развития, точка, в которой происходит катастрофа. Термином "катастрофа" в концепциях самоорганизации называют качественные, скачкообразные, внезапные ("гладкие") изменения, скачки в развитии (сноска 40).

Поведение всех самоорганизующихся систем в точках бифуркации имеет общие закономерности, многие из которых уже раскрыты концепциями самоорганизации. Рассмотрим наиболее важные из них.