Самоорганизация в геологии

Во многочисленных геоло­гических отложениях для целого ряда пространственных мас­штабов наблюдается занятная регулярность структур, возникших путем минерализации: метаморфные слои (мм—м), граниты (см), агаты (мм—см) и т. д. Согласно традиционным взглядам, эти структуры объясняются «последовательными» яв­лениями, обусловленными сменами времен года или климата. Однако выясняется, что более удовлетворительной является ин­терпретация, основанная на представлениях о нарушении сим­метрии за счет переходов, вызванных неравновесностью системы. Если такая точка зрения в дальнейшем подтвердится, то это очень сильно повлияет на интерпретацию происхождения много­численных геологических отложений.

Пороговые явления в клеточной динамике на примере роста опухолей.

В этом случае исходно малая популяция «зачинщи­ков беспорядка», например определенные клетки некоторой ткани, по тем или иным причинам, выясняемым молекулярной биологией, потеряла свои физиологические функции и стала злокачественной. В дальнейшем они норовят захватить весь ор­ганизм за счет быстрой пролиферации, однако организм стара­ется оказать им противодействие, посылая на «поле боя» специализированные клетки-убийцы Дальнейшая судьба организ­ма решится именно в результате возникающей конкуренции между злокачественными клетками и клетками-убийцами—то ли «зачинщики беспорядка» будут отброшены, то ли, наоборот, они победят Анализ этой конкуренции позволяет прийти к важному вы­воду: отбрасывание «зачинщиков» или их победу можно рассматривать как пороговое явление.

Самоорганизация в человеческих сообществах

Ежедневный опыт учит нас, что приспособляемость и плас­тичность поведения — два основных свойства нелинейных ди­намических систем, способных совершать переходы вдали от равновесия, относятся к числу наиболее заметных особенностей человеческих сообществ. Поэтому естественно ожидать,  что наиболее адекватными для социальных систем будут динами­ческие модели, учитывающие эволюцию и изменчивость.

При построении динамической модели сообщества людей прежде всего следует четко уяснить, что помимо определен­ной внутренней структуры нужно учитывать довольно жестко заданное внешнее окружение, с которым рассматриваемая си­стема обменивается веществом, энергией и информацией. Во­образим, например, некий город, в который непрерывно по­ступает сырье и сельскохозяйственная продукция и из которо­го вывозятся произведенные товары. Одновременно средства связи и массовой информации держат различные группы в кур­се текущих событий и современных тенденций.

Эволюция таких систем определяется поведением действую­щих лиц во взаимодействии с условиями, накладываемыми внешней средой. Именно в этом состоит уникальная специфика гуманитарных систем. В отличие от молекул — основных «акте­ров» в физико-химических системах и даже в отличие от муравьев или членов других животных сообществ человек всегда строит свои собственные проекты, имеет свои собствен­ные желания. Некоторые из них основаны на предвидении ра­зумного возможного будущего, я также на догадках относи­тельно желаний других действующих лиц. По этой причине различие между желательным и действительным поведением выступает как внешнее условие нового типа, определяющее контуры динамики наряду с внешней средой. Основной вопрос, который здесь можно поставить, таков: способна ли при таких условиях эволюция в целом привести к своего рода глобаль­ному оптимуму, или же, напротив, каждая гуманитарная сис­тема представляет собой уникальную реализацию некоторого сложного стохастического процесса, для которого никоим об­разом невозможно установить правила заранее? Иными слова­ми, достаточен ли опыт прошлого для предсказания будущего, или же высокая степень непредсказуемости будущего состав­ляет саму суть человеческих поступков, будь то на уровне изу­чения индивидуума или на уровне коллективного сотворения истории? Рассмотреные в [3] представления свиде­тельствуют о том, что ответ на этот вопрос должен скорее склониться ко второй альтернативе.

Пригожин рассмотривает развитие городского центра, в котором оп­реде­ленные территории специализируются на конкретной экономи­ческой деятельности и где со­седние районы разли­ча­ются не только по жизнен­ным условиям, но и по доступности рабочих мест и раз­личных видов услуг. Выделяются две основ­ные группы населения, состоя­щие из трудя­щихся типа так на­зы­ваемых си­них и белых воротничков. Что касается рабочих мест, то они могут относиться к произ­водству товаров для местного по­требления или на экспорт, к так называе­мым тре­тичным функциям (основные и спе­циальные виды обслужива­ния насе­ления), а также к области финансовой дея­тельности. Основными пе­ременными, определяю­щими состояние системы, являются количе­ства пред­ставителей k-й группы в точке i, обозна­чаемые X (k=1,2), а также со­ответст­вующие рабочие места j  Различные  варианты  выбора,  предла­гаемые каждому человеку, находятся в точках i, которые можно счи­тать центрами некоторой решетки, представляющей имеющееся п нашем рас­поряжении пространство. Механизмы взаимодей­ствия различ­ных перемен­ных суммированы на рис. 2. Подробно вывод нелинейных функций рас­сматривается в [3].

Дополнительно можно описать необходимость развития промышленности в центрах пересечения торговых путей и по возможности недалеко от мест с уже развитой промышленностью.

Данная модель рассматривает эволюцию как автономный процесс, течение которого в каждый момент вре­мени определено механизмами взаимодействия между различ­ными действующими лицами. Внешние ограничения учитыва­ются с помощью различных параметров, а начальное условие можно рассматривать как выражение влияния случайности или систематического внешнего вмешательства вроде «планиро­вания». В качестве альтернативного сценария, более близкого  к реальности, можно позволить системе эволюционировать в те­чение некоторого времени, затем грубо изменить ее состояние путем внедрения нового вида деятельности или какой-либо иной инновации, затем снова позволить системе следовать ее собственной, автономной динамике до момента введения новой инновации и т. д. Ввиду сильной нелинейности уравнений мож­но ожидать, что возникнет несколько ветвей решений со слож­ным набором бифуркационных явлений. Различие в начальных условиях приведет к тому, что система может оказаться в об­ластях притяжения различных режимов, что равносильно включению различных типов эволюции, различных вариантов истории. Тот факт, что из многих возможных регистрируется некоторый конкретный исторический вариант, совсем не обяза­тельно является отражением усилий некоторого «составителя глобального плана», пытающегося оптимизировать какую-то всеобщую функцию — это может быть простым следствием устойчивости и жизненности данного конкректного типа поведения.

Из этой модели вытекает также и следующий, очень интересный результат. Если в какой-то момент времени в систему вводится новый вид деятельности, то в дальнейшем он будет расширятся и стабилизироваться. Если место выбрано удачно, то вдальнейшем это может сделать безуспешными аналогичные попытки, совершенные поблизости. Однако, если тот же вид деятельности попытаться внедрить в какое-то другое время, то успех наблюдается отнюдь не всегда – инновация может полностью регрессировать и тем самым оказаться сугубо убыточной. Этот результат иллюстрирует опасности краткосрочного узкого планирования, основанного на непосредственной экстраполяции прошлого опыта. Подобные статические, неперспективные методы грозят обществу застоем и через какое-то время катастрофой. Основным источником, позволяющим обществу существовать дллительное время, обновляться и находить самобытные пути развития, являются его адаптационные возможности.

Философское значение синергетики.

Синергетика предполагает качественно иную картину мира по сравнению с теми, которые лежали в основе как классического, так и неклассического естествознания (первая половина XX века). Образ мира предстает как совокупность нелинейных процессов. Состояние неравновесности систем ведет к порядку и беспорядку, тесно сочетающихся друг с другом. Неравновесные системы обеспечивают возможность возникновения уникальных событий, возникает история универсума. Время становится неотъемлемой константой эволюции, ибо в нелинейных системах в любой момент времени может возникнуть новый тип решения, не сводимый к предыдущему.

И.Пригожин делает неожиданный и парадоксальный вывод о том, что в результате развития идей синергетики происходит сближение универсума как внешнего мира и универсума как внутреннего мира человека. В мире, основанном "на нестабильности и созидательности", человечество вновь оказывается в самом центре законов мирозданья. Как во внутреннем, так и во внешнем мире человек должен выбирать, а, следовательно, нести нравственную ответственность за поступок. Время никогда не предстает в готовом, совершенном виде, оно конструируется в каждый данный момент, и человечество может принять участие в этом конструировании [4].

Важное философское значение имеют следующие методологические выводы синергетики:

— невозможно традиционными детерминистскими методами описывать эволюцию сложноорганизованных систем;

— развитие этих систем выявляет возможность альтернативных путей, что предполагает свободу выбора и ответственность человечества;

— невозможен абсолютный контроль над какой-либо сферой реальности, в том числе и над развитием общества, провозглашенных традиционной наукой;

— в критических точках (точках бифуркации) неустойчивости социальных систем деятельность каждого человека или группы лиц может иметь решающее значение в макросоциальных изменениях;

— возрастает ответственность человечества за судьбы универсума, ибо оно в состоянии целенаправленно избегать бифуркационных состояний, особенно в социальной и экологической областях, существенно влиять на коэволюцию природы и общества

Заключение

"Не нами выбран мир, который нам приходится изучать; мы родились в этом мире и нам следует воспринимать его таким, каким он существует, приспосабливая к нему, насколько возможно, наши априорные представления. Да, мир нестабилен. Но это не означает, что он не поддается научному изучению. Признание нестабильности — не капитуляция, напротив — приглашение к новым экспериментальным и теоретическим исследованиям, принимающим в расчет специфический характер этого мира. Следует лишь распроститься с представлением, будто этот мир — наш безропотный слуга. Мы должны с уважением относиться к нему. Мы должны признать, что не можем полностью контролировать окружающий нас мир нестабильных феноменов, как не можем полностью контролировать социальные процессы (хотя экстраполяция классической физики на общество долгое время заставляла нас поверить в это)". В.И.Пригожин  [4]

"Наука - это диалог между человеком и природой, - диалог, а не монолог, как показали концептуальные трансформации, происшедшие за несколько последних десятилетий. Наука стала частью поисков трансцендентального, общих многим видам культурной деятельности: искусству, музыке, литературе…

Наше время - время ожиданий, беспокойства, время бифуркации. Далекий от мысли предвещать  "конец" науки, я верю, что наше время станет свидетелем рождения нового видения, новой науки,  краеугольные камни которой будут включать в себя и стрелу времени, науки, которая сделает нас и нашу творческую деятельность выражением фундаментальной тенденции во Вселенной. Я хочу, чтобы вы разделили со мной это чувство." В.И.Пригожин [5]

Литература

1. В.И.Аршинов, В.Э.Войцехович, СИНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ЗНАНИЕ: между сетью и принципами, www.iph.ras.ru:8100/~mifs/rus/vz_ar.htm

2. Николис Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. М., 1979.

3. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М., 1990. 

4. И.Пригожин, Философия нестабильности, Вопросы философии, 6, 46-57 (1991), #"L_Prigogin_Znanie_Sila_1997">5. И.Пригожин, Наука, Разум и Страсть, Знание-Сила, 9, 21 (1997), #"L_Prigogin_Priroda_1998">6. И.Пригожин, Постижение Реальности, Природа, 6, 3 (1998), #"L_Kapiza_Sinergetika_Prognozy">7. С.П.Капица, С.П.Курдюмов, Г.Г.Малинецкий, "Синергетика и прогнозы будущего", #"L_Korotkov_Noosfera_Sinergetika">8. В. И. Коротков, Развитие Концепции Ноосферы На Основе Парадигмы Синергетики, #"L_Druginin_o_Prigogine">9. Д.Л.Дружинин, В.Г.Ванярхо, Синергетика и Методология Системных Исследований, #"L_Arhangelskiy_Paradigma_techniki">10. О.И. Архангельский, Парадигма формирования технического развития, #"_Toc483376344">Приложение А.

Случайна ли зависимость температуры воздуха от времени?

С помощью предложенной Пригожиным методики [3] была оценена информативность недельной температурной зависимости (с 6.04 по 13.04.2000 г) в г.Обнинске. Данные взяты с http://typhoon-tower.obninsk.org.

"Одномерная" зависимость температуры от времени носит в себе следы всех других переменных, участвующих в описании динамики системы. Если найти подходящий набор переменных, образующих фазовое пространство, с помощью методов теории динамических систем можно получить размерность аттрактора, представленного временной последовательностью. Полученные результаты сравниваются со случайным сигнал-шумом.

Табл. 1. Зависимость температуры воздуха от времени