Для описания происходящих качественных изменений оказывается удобным язык, используемый в математической теории динамических систем, работающей с такими объектами, как фазовое пространство, траектории движения и ансамбли траекторий, бифуркации (ветвления), флуктуации, состояния устойчивости и неустойчивости, линейные и нелинейные процессы, критические области поведения системы [8]. Разрабатываемые в рамках синергетики понятийные и математические средства открывают для методологии новый формальный аппарат, позволяющий описывать динамику политического сознания как частного случая комплексной динамической системы [15, c. 9]. На современном этапе развития нелинейной динамики для описания эволюции систем, как в естественных, так и в гуманитарных науках применяются математические модели, использующие дифференциальные, разностные, символические уравнения [8]. Дифференциальные уравнения используются, когда речь идет о системах, связанных с непрерывным изменением всех параметров (в том числе и времени) [7, c. 235, 236; 24]. Символьные уравнения, наоборот, отражают ситуацию, когда дискретно изменяются не только параметры времени, вся остальная информация так же оказывается, ограничена конечным набором значений, например "да" или "нет", "нуль" или "единица" [22, c. 433-465; 28]. Разностные уравнения, занимая промежуточное положение, позволяют получать количественную и качественную информацию, анализируя континуальную эволюцию параметров системы на дискретно выбранных моментах времени. Разностное уравнение позволяет описать динамику того или иного процесса как функциональную зависимость друг от друга состояний системы в каждый дискретный момент времени. Модели, построенные с использованием разностных уравнений, "работают" в биологии, экологии, экономике [18, c. 5-75; 21; 23, c. 25-52; 25, c. 645-647]. Особое внимание обратим на пока еще редкие факты их использования в психологии [26, c. 219-232].

Основная идея методологии разностных уравнений касается использования итерационных соотношений. Если известен закон эволюции в промежутке между двумя моментами времени, то можно связать положения траектории в моменты времени Tn и Tn+1 с помощью функциональной зависимости. Состояние системы, достигнутое в результате предыдущего этапа ее формирования, обеспечивает получение результата на следующем этапе. Так, встает задача интерполяционного построения в фазовом пространстве факторной траектории, проходящей через фиксированные точки.

Математическая модель динамической системы X, задаваемая с помощью разностного уравнения, основывается на понятии состояния системы Xn, под которым понимается описание этой системы в момент времени Tn, и на понятии оператора F, определяющего изменение системы Х во времени.. Совокупность всех возможных состояний системы X образует фазовое пространство состояний Ф(X).Это пространство вместе с оператором F образуют математическую модель динамической системы, задаваемую разностным уравнением.

В основе предполагаемого подхода лежит идея о замене величины средней по времени величиной, средней по ансамблю (так называемая гипотеза об эргодичности диссипативных систем. Одним из критериев истинности этой гипотезы является неаддитивность фазового пространства изучаемой системы).

Синергетический подход, выделяющий общие закономерности функционирования как естественнонаучных, так и социальных систем, обосновывает принятие эргодической гипотезы в нашем случае. Это позволяет избежать трудностей, возникающих при "разворачивании во времени" того или иного процесса, и заменить его "разверткой в пространстве". То есть по набору данных о большом числе объектов системы, полученных в какой-то момент времени, можно прогнозировать поведение системы на других временных этапах ее развития. В гуманитарной области, особенно для изучения динамики политического сознания, проведение множества измерений при лонгитюдном исследовании часто оказывается затруднительным. Замена большого количества временных срезов большим количеством объектов анализа (динамику которых фиксируют эти срезы) позволяет выйти из тупика.

Описываемое нами исследование трансформации категориальных структур сознания российского общества на период между 1991 и 1993 годами проводилось в два этапа - непосредственно перед августовскими 1991 года и октябрьскими событиями 1993 года. Таким образом, время проведения исследования соответствовало моменту наибольшего политического противостояния, вылившегося в вооруженное.

Члены 20 различных партий (общим количеством в 1358 человек) приняли участие в обоих опросах. Характер и процедура исследования нами подробно описаны [11].

Динамика политического сознания характеризуется как изменением контекста политической жизни (круга значимых проблем), так и изменением политических позиций самих партий. Таким образом, встает проблема установления генетической взаимосвязи семантических пространств (двух срезов общественного сознания) в ситуации одновременного изменения как шкал (пунктов опросника), так и самих объектов шкалирования (позиций политических партий).

В математике при изучении поведения величин, зависящих одновременно от нескольких параметров, в подобных случаях сначала варьируется какой-то один параметр при фиксации всех остальных, потом другой и т.д. Мы следовали этой же схеме эксперимента. Приняв сначала в качестве гипотезы соображение о сохранении партиями самоидентичности с 1991 по 1993 год, мы рассматривали их в указанный период как инвариантные объекты. Исходя из этого, на основе сходства оценок, данных членами этих партий по пунктам опросников 1991 и 1993 годов, проводилось объединение этих пунктов в единые интегральные факторы.

В результате факторизации и вращения было выделено 6 базисных факторов, за которыми стоят конструкты динамического семантического пространства [11].

После построения динамического семантического пространства, охватывающего оба временных среза, на основе сводной матрицы и выделения смысловых инвариантов, лежащих в основе факторов как единого семантико-временного целого, возможно решение другой задачи - анализа изменения во времени политических позиций партий. То есть это проблема изучения характера изменения состояний политической системы, задаваемой этими партиями.

Все партии по каждому из 6 выделенных факторов характеризуются двумя точками, соответствующими позициям этой партии по кругу проблем, очерчиваемому тем или иным фактором на 1991 и 1993 годы. Таким образом, мы имеем показания по репрезентирующему эмпирическому ансамблю из 20 точек в двух различных временных срезах.

Пусть Y=F(X) - регрессионная кривая, построенная на основе статистического анализа эмпирических значений, задающих позицию каждой партии, и являющаяся наилучшим теоретическим, с точки зрения статистических критериев, приближением экспериментальных данных. Построив эту кривую как "пространственную развертку", мы можем (достаточно условно в силу малого числа партий и только двух имеющихся в нашем распоряжении временных срезов) считать, что она представляет собой "временную развертку", описывает закон трансформации позиций во времени - фазовую траекторию фактора. Устойчивые точки на теоретической кривой (аттракторы) - это центры притяжения различных политических позиций. При наличии одной (единственной) точки устойчивого равновесия можно говорить о выделении области консенсуса, сглаживания противоречий. Можно сказать, что если бы существовала партия, позиции которой совпадали бы с этой устойчивой стационарной точкой, то эта партия могла бы стать центром консолидации общественных сил по данному вопросу.

Исходя из положения о нелинейности исследуемой системы, в качестве приближающих регрессионных кривых мы использовали нелинейные функции: полиномы от второго порядка и выше. Выбор регрессионной функции, возможно, самый сложный методический вопрос и дол жен решаться на основе внешних дополнительных соображений о закономерностях и свойствах исследуемой зависимости. Мы в нашей работе в большинстве случаев ограничивались квадратичной функцией (статистически значимой по критерию Фишера), руководствуясь тем, что большинство отображений вида Xn+1=F(Xn), описывающих законы социальных систем, ведут себя примерно одинаково по логистическому (квадратичному) закону [8].

Первый конструкт семантического пространства динамики общественного сознания задан переходом от оппозиции демократические свободы (тоталитаризм 1991 года к оппозиции либерализм (национализм 1993 года. Борьба против тоталитаризма и подавления демократических свобод в 1993 году в основном сменилась более индивидуально ориентированными либеральными ценностями. Место же тоталитарных ограничений, осуществляющих жесткий прессинг прав личности, занял воинствующий национализм.

Второй конструкт пространства динамики общественного сознания обусловлен переходом от противопоставления политической и экономической децентрации в оппозиции к унитарной социалистической государственности к новому конструкту, где экономическая децентрация и предпринимательская независимость (рыночная экономика) противопоставлены плановой экономике и рудиментам социалистической государственности. Требования децентрации политической власти и как следствие большей экономической свободы регионов в 1991 году сменились к 1993 году требованиями рыночной экономики. Децентрация сменила акцент с политики на экономику.

Третий конструкт семантико-временного пространства обусловлен переходом от оппозиции "коммунистическая идеология (плюрализм в идеологии" к конструкту "усиление роли религии (отрицание доминирующей роли религии в государстве и обществе ". Анализ динамики партийных позиций по этому фактору позволил выделить одну точку равновесия (консенсуса) общества, находящуюся на нейтральной позиции между религией и атеизмом со слабым смещением в зону атеизма. Следует отметить, что стоящие у власти демократические, реформистские силы не выработали (или не способны были выработать) собственной идеологической доктрины, и место ведущей идеологии общества (и отчасти государства) начинает занимать религия. Однако значимость идеологического конструкта в 1993 году упала более чем в два раза по сравнению с 1991 годом. Сознание россиян (по крайней мере, для исследуемой нами партийной выборки) становится менее идеологизированным.

Подводя итог проведенного исследования, отметим: чтобы с уверенностью говорить о достоверности интерполяции динамического процесса, необходимы результаты не менее трех, а лучше пяти, различных временных срезов. Однако проанализированные нами работы, связанные с изучением динамических процессов, свидетельствуют о том, что многие исследователи также ограничиваются двумя измерениями [3; 9]. Причем очень трудно сказать, в какие временные моменты эти срезы должны быть выполнены. Историческое и календарное время не связаны напрямую. Эта проблема тесно смыкается с вопросом о выборе единицы измерения длительности изучаемого процесса и состоит не только в соотнесении этой единицы со спецификой ритмов, присущих процессу, но и в том, что меняются сами ритмы. Динамика политического сознания в годы застоя значительно отличается от течения времени в революционные периоды, когда оно находится в неравновесном состоянии. Кроме того, в разные периоды имеет место неравномерность развития по различным факторам, какие-то из них становятся более актуальными, а значит, и более динамичными, другие, наоборот, утрачивают свою былую актуальность.

Итак, мы имеем результаты только двух срезов. Однако время их проведения оба раза волею судеб попало в очень важные реберные точки развития общественно-политического сознания. Это точки предкризисного состояния, их можно сравнить с "затишьем перед бур ей" [2, c. 229-242]. Это те самые "события", которые С.Л.Рубинштейн характеризовал как "узловые моменты, поворотные этапы", определяющие дальнейший ход процесса развития [14]. Предлагаемая модель предполагает дальнейшее развитие. Так, возникает проблема того, каким образом могут быть проградуированы координатные оси, чтобы оценивать местоположение областей равновесия. Развивая модель разностных уравнений, мы полагаем, что такое первичное рассмотрение будет способствовать дальнейшей разработке столь необходимой для исследования сознания процессуальной динамической парадигмы. В заключение можно отметить, что формализации в общественных науках, будь то психосемантический подход или синергетика, являются эвристическим средством, расширяющим операционально-аналитические возможности ученого-исследователя. Математический аппарат позволяет выделять структурные закономерности процесса, но отнюдь не является панацеей от решения проблем возникающих при интерпретации. Последняя осуществляется исследователем, специалистом в своей предметной области, где выделенные математические структуры выступают лишь реперными точками эмпатии, встраивания сознания ученого в исторический процесс. То есть применительно к формализации в гуманитарных науках сохраняется их глобальная парадигма как наук о субъект-субъектных отношениях, как наук о понимании [5].

Литература

1. Арнольд В.И. Теория катастроф. М., 1990.

2. Аршинов В.И., Буданов В.Г. Синергетика: эволюционный аспект. "Самоорганизация и наука: опыт философского осмысления." М., 1994.

3. Будинайте Г.Л., Корнилова Т.В. Личностные ценности и личностные предпочтения субъекта. "Вопросы психологии". 1993. N5.

4. Венгеров А. Синергетика и политика. "Общественные науки и современность" 1993. N4. C. 55-69.

5. Гадамер Х.Г. Истина и метод: Основы философской герменевтики / Пер. с нем. М., 1988.

6. Калинин Э.Ю. Методологический анализ статуса нелинейности в естествознании. "Самоорганизация наука: опыт философского осмысления." М., 1994.

7. Курдюмов С.Н. Собственные функции горения нелинейной среды и конструктивные законы построения ее организации. "Современные проблемы матем. физики и вычисл. математики." М., 1982.

8. Мун Ф. Хаотические колебания /Пер. с англ. М.,1990.

9. Пейсхаков Н.М. Закономерности динамики психических явлений. Автореферат доктор. дисс. М., 1988.

10. Петренко В.Ф. Введение в экспериментальную психосемантику: исследование форм репрезентации в обыденном сознании. М., 1983; Он же. Психосемантика сознания. М., 1988.

11. Петренко В.Ф. Митина О.В. Семантическое пространство политических партий "Психологический журнал", 1991, N6; Они же. Психосемантическое исследование политического менталитета (Россия 1991, 1993 гг.). "Общественные науки и современность", 1994, N 6; Они же. Методологические аспекты изучения динамики общественных систем. "Тез. XI Междунар. конф. по логике, методологии и философии науки и технике." М., 1995.

12. Пригожин И. От существующего к возникающему. Время и сложность в физических науках (пер. с англ.). М., 1985.

13. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. М., 1986.

14. Рубинштейн С.Л. Основы общей психологии. М., 1946.

15. Степин В.С. Динамика научного знания как процесс самоорганизации. "Самоорганизация и наука: опыт философского осмысления." М., 1994.

16. Степин В.С., Аршинов В.И. Самоорганизация и наука: опыт философского осмысления. М., 1994.

17. Хакен Г. Синергетика /пер. с англ. М.,1985.

18. Шапиро А.П. Математические модели конкуренции. "Управление и информация." Владивосток, 1975, Т.10.

19. Шустер Г. Детерминированный хаос /пер. с англ. М., 1988.

20. Catastrophe Theory. Selected Papers 1972-1977. (Ed. Zeeman E.C). Addison-Wesley, 1977

21. Crutchfield J.P., Packard N.H. Symbolic Dynam ics of One-Dimensional Maps: Entrcopies, Finite Precursor, and Noise // Int.J.Theor. Phys. 1982. V. 21 (6/7).

22. Collet P., Eckman J.P. Iterated maps of the in terval as dynamical system. Boston: Birkhauser. 1980.

23. Feigenbaum M. Quantitative universality for class of nonlinear transformations // J.Stat. Phys. 1978, V. 19, N 1.

24. Lorenz E.N. Determenistic nonpereodic flow // J. Atmosph. Sciences. 1963, V.20.

25. May R.M. Biological populations with nonover lapping generetions: Stable points, stable cycles and chaos // Science. 1974, 186, 645-647.

26. Richards D. Is strategic Decision Making Chaot ic? // Behavioral Science. Vol. 35. 1990.

27. Thom R. structural stability and morphogenesis. N.Y., 1972.

28. Wolfram S. Theory and Applications of Cellubar Automata // World Scientific Publ ., 1986.

Синергетика и кибернетика

Задачу выяснить с общих позиций закономерности процессов самоорганизации и образования структур ставит перед собой не только Х-наука. Важную роль в понимании многих существенных особенностей этих процессов сыграл, например, кибернетический подход, противопоставляемый иногда как абстрагирующийся "от конкретных материальных форм" и поэтому противопоставляемый синергетическому подходу, учитывающего физические основы спонтанного формирования структур.

В этой связи небезынтересно отметить, что создатели кибернетики и современной теории автоматов могут по праву считаться творцами или предтечами Х-науки. Так, Винер и Розенблют рассмотрели задачу о радиально-несимметричном распределении концентрации в сфере [21]. А. Тьюринг в известной работе [22] предложил одну из основных базовых моделей структурообразования и морфогенеза, породившую огромную литературу: систему двух уравнений диффузии, дополненных членами, которые описывают реакции между "морфогенами". Тьюринг показал, что в такой реакционно-диффузионной системе может существовать неоднородное (периодическое в пространстве и стационарное во времени) распределение концентраций.

В русле тех же идей - изучения реакционно-диффузионных систем - мыслил найти решение проблемы самоорганизации и Дж. фон Нейман. По свидетельству А. Беркса, восстановившего по сохранившимся в архиве фон Неймана отрывочным записям структуру самовоспроизводящегося автомата, фон Нейман "предполагал построить непрерывную модель самовоспроизведения, основанную на нелинейных дифференциальных уравнениях в частных производных, описывающих диффузионные процессы в жидкости. В этой связи интересно отметить, что фон Нейман получил не только математическое образование, но и подготовку инженера-химика.

Литература

1. Мандельштам Л. И. Лекции по колебаниям. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 503 с.

2. Хакен Г. Синергетика. М.: Мир, 1980. Wi с.

3. Synergetics. А Workshop / Ed. by И. Hakell. 3rd ел. В. etc,, 1977. 277 Р.

4. Synergetics far from equilibrium/Ed. by A. Pacault, С. Vidal. В. etc,, 1978.

5. structural stability in physics/ Ed. by W. Guttinger, H.Eikenmeier. В.ete., 1978. 311 p.

6. Pattern formation by dynamic systems and pattern recognition / Ed. bv H. Haken B.etc. 1979. 305p.

7. Dynamic of synergetic systems/ Ed. by H. Haken. В. etc., 1980. 271 p.

8. Choaos and order in nature /Ed. by H.Haken. B. etc. 1980. 271 p.

9. Словарь no кибернетике. Киев: Гл. ред. Укр. сов. энцикл., 1979. 621 с.

10. Улам С. Нерешенные математические задачи. М.: Наука, 1964. 161с.

11И. Nonlinear partial differential equations. N. Y.: Acad. press, 1967, p. 223.

12. Николае Г., Пригожин И. Самоорганизация в неравновесных системах. М.: Мир, 1979. 512 с.

13. Гленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости и флуктуаций. М.: Мир, 1973. 280 с.

14. Гапонов-Грехов А. В., Рабинович М. И. Л. И. Мандельштам и современная теория не-линейных колебаний и волн.- УФН, 1979, 128, № 4, с. 579-624.

15. Васильев В.А., Романовской Ю. М., Яхт В. Г. Автоволновые процессы в распределен-ных кинетических системах.- УФН, 1979, 128, № 4, с. 625-666.

16. Академик Л. И. Мандельштам: К 100-летию со дня рождения.- М.: Наука, 1979, с. 107.

17. Бурбаки Н. Архитектура математики.- В кн.: Математическое просвещение. М.: Физ-матгиз, 1959, вып. 5, с. 106-107.

18. Жаботинский А. М. Концентрационные автоколебания. М.: Наука, 1974. 178 с.

19. Баренблатт Г. И. Подобие, автомодельность и промездуточная асимптотика.

Л.: Гидрометеоиздат, 1978. 207 с.

20. Эбелинг В. Образование структур при необратимых процессах. М.: Мир, 1979, с. 13-14.

21. Романовский Ю. М., Степанова Н. В., Чернавский Ц. С. Математическое моделирование в биологии. М.: Наука, 1975. 343 с.

22. Turing А. М. The chemical basis of morphogenesis- Phil. Trans. Roy. Soc. London В, 1952, 237, p. 37-72.

23. Нейман Дж. фон. Теория самовоспроизводящихся автоматов. М.: Мир, 1971. 382с.

24. Рабинович М. И. Стохастические автоколебания и турбулентность.- УФК, 1978, 125, № 1, с. 123-168.

25. Mandelbrot В. В. Fractals. San Francisco: W. Н. Freeman and Co. , 1977. 365 p.

26. Хоффман У. Система аксиом математической биологии.- В кн.: Кибернетический сборник. М.: Мир, 1975, вып. 12, с. 184-207.

27. Математические проблемы в биологии: Сб. статей. М.: Мир, 1962, с. 258.

28. Гарднер М. Математические досуги. М.: Мир, 1972, с. 458.

29. Эйген М., Винклер Р. Игра жизнь. М.: Наука, 1979, с. 53.

30. Аладъев В. 3. Кибернетическое моделирование биологии развития.- В кн.: Параллельная обработка информации и параллельные алгоритмы. Таллин: Валгус, 1981, с. 211-280.

31. Вольперт А. .0., Худяев С. И. Анализ в классе разрывных функций и уравнения математической физики. М.: Наука, 1975. 394 с.

32. Андронов А. А., Витт А. А., Хайкин С. Э. Теория колебаний: Предисловие к первому изданию. М.: Физматгиз, 1959, с. 11-12.

Синергетика и методология системных исследований

Д.Л.ДРУЖИНИН, В.Г.ВАНЯРХО

В последнее десятилетие возникла новая область исследований - синергетика [37]. В рамках синергетики изучаются явления образования упорядоченных пространственно--временных структур, или пространственно--временной самоорганизации, протекающие в системах различной природы: физических, химических, биологических, экологических, социальных [12; 17; 25]. В настоящей статье предполагается рассмотреть некоторые понятия, идеи, проблемы синергетики в контексте методологии системных исследований. Целесообразность такого рассмотрения, начало которому уже положено [14; 27; 11], определяется тем обстоятельством, что, с системной точки зрения, синергетика изучает структуры определенного типа в целостных по своей природе системах некоторого класса. И именно методология системных исследований содержит инструментарий, необходимый для рефлексивного осмысления исходных посылок синергетики, представлений о ее предмете, целях и продукте, а также, возможно, и для выработки адекватного этим представлениям формального аппарата. Говоря о методологии, мы имеем в виду, прежде всего такие классические системные проблемы, как взаимосвязь системы и внешней среды, классификация систем и типологизация структур, целостность [4; 5; 28; 32---36].

Мы будем стараться проводить последовательную дифференциацию и соотнесение эмпирического, предметно--теоретического [22] и системного методологического уровня описания объектов в синергетике. Необходимость дифференциации определяется, прежде всего, тем, что на эмпирическом уровне описания возникают проблемы, которые, с нашей точки зрения, не могут быть разрешены в рамках существующих предметно--теоретических представлений и требуют прямого выхода на методологический уровень осмысления. Кратко укажем последовательность изложения материала в нашей статье. Мы дадим краткое эмпирическое описание двух химических объектов синергетики --- реакции Белоусова---Жаботинского [12] и гетерогенной реакции газов на поверхности твердого тела [31; 9; 10].Эти объекты и будут, прежде всего, иметься в виду при проведении предметно--теоретического и методологического описания. Отталкиваясь от предметных представлений о неравновесности физико--химической системы, мы дадим методологическое описание взаимосвязи системы и внешней среды для случая систем с пространственно--временной самоорганизацией. В качестве основного будет рассмотрен принцип целостности в синергетике. Мы покажем, в связи, с чем эта проблема ставится, как она формулируется в рамках существующих предметно--теоретических представлений и какие трудности при этом возникают, в каком направлении, с нашей точки зрения, может вестись разработка содержательных и формальных средств, необходимых для ее разрешения.

ОБЪЕКТЫ СИНЕРГЕТИКИ

Одним из объектов, демонстрирующих образование упорядоченных пространственно--временных структур, к краткому эмпирическому описанию которого мы переходим, являются химические реакции типа Белоусова---Жаботинского [12]. Особое место, которое занимают этиреакции в исследованиях по пространственно--временной самоорганизации, определяется, во--первых, тем, что именно их изучение положило начало нынешнему этапу широких и активных исследований этих явлений, и, во--вторых, тем, что они дают возможность визуального, очень наглядного наблюдения разнообразных (в зависимости от выбора условий) типов пространственно--временных структур. При одних условиях проведения реакции и начальных соотношениях между компонентами реакции и их концентрациями цвет всей реакционной смеси меняется во времени периодически от синего к красному и обратно, т.е. наблюдается чисто временная структура ---автоколебания.

При других соотношениях происходит возникновение чисто пространственной структуры в виде стационарного расслоения реакционной смеси на чередующиеся четко локализованные синие и красные области --- диссипативной структуры. Наконец, возможно появление центров периодического испускания концентрических или спиральных цветовых волн [1], являющих собой пример общего случая пространственно--временной структуры --- автоволн. Описанные явления протекают в химически изолированной системе, наблюдаются в процессе ее эволюции от некоторого начального неравновесного состояния к равновесию и при переходе к последнему исчезают. Указанные цветовые структуры соответствуют химическим концентрационным пространственно--временным структурам, проявляющим себя как цветовые при добавлении окрашивающих индикаторов. Исследования показали, что концентрации участвующих в реакции веществ можно разделить по характерным временам изменения на медленные и быстрые. Медленные концентрации на интервале времени, меньшем характерного времени своего изменения, играют роль распределенного источника веществ по отношению к быстрым концентрациям. Динамика последних и проявляется в описанных выше явлениях. Характерное время изменения медленных концентраций является характерные временем существования пространственно--временных структур, в течение этого времени справедлива приведенная выше классификация структур.

Автоколебания наблюдаются также при протекании химической реакции между газами, адсорбированными на твердой поверхности[9; 10;31]. Роль распределенного источника играет газовая фаза у поверхности, концентрации в которой поддерживаются постоянными, например, за счет интенсивного подвода газов к поверхности извне. Автоколебательную систему образуют концентрации газов, адсорбированных на поверхности. В такой системе автоколебания, в пренебрежении сторонними процессами, могут существовать неограниченно долго.

Образование упорядоченных пространственно--временных структур наблюдается также при протекании ферментативных реакций [26], в лазере [38], плазме [13], нейронных сетях [7], клеточных ансамблях[3], популяциях животных [29] и т.д. Возникает вопрос: что является общим для всех этих объектов с точки зрения возможности протекания в них явлений пространственно--временной самоорганизации?

Попытаемся ответить на этот вопрос, используя методологическое системное описание явлений пространственно--временной самоорганизации, ориентированное на проблему взаимосвязи системы и внешней среды.

СИСТЕМЫ С ПРОСТРАНСТВЕННО--ВРЕМЕННОЙ САМООРГАНИЗАЦИИ И ВНЕШНЯЯ СРЕДА

Говоря о проблеме взаимосвязи системы и внешней среды, мы имеем в виду, прежде всего выделение системы, проведение границы между системой и внешней средой, воздействие внешней среды на систему. Для корректного выделения системы, различения системы и внешней среды необходимо исходить из того обстоятельства, что всякая система, рассматриваемая как теоретический объект, служит решению определенной теоретической задачи. Конкретно нашей задачей является исследование условий и причин пространственно--временной самоорганизации, и из нее мы должны исходить при выделении системы. Здесь, однако, мы сталкиваемся с парадоксом стандартного для системных исследований типа [28]: для того чтобы корректно выделить самоорганизующую систему, мы должны знать условия и причины самоорганизации; для того же, чтобы понять эти условия и причины, мы должны выделить самоорганизующуюся систему как необходимый момент их теоретического изучения. Мы в качестве исходного системного представления возьмем представление об открытой системе, восходящее к Берталанфи. Обычно полагается, что открытая система отделена от внешней среды границей, которую пересекают потоки обмена (энергией, веществом, информацией).

Для более детального выяснения роли внешней среды в явлениях самоорганизации обратимся к предметно--теоретическому описанию физико-химических систем. Для таких систем существует понятие равновесия, и из термодинамики известно, что в состоянии равновесия и вблизи него, в области линейной динамики систем, явления пространственно--временной самоорганизации невозможны. Поэтому неравновесность системы --- необходимое условие протекания этих явлений. Поскольку в соответствии со вторым законом термодинамики изолированная, т.е. предоставленная самой себе, система самопроизвольно переходит в равновесие, неравновесность всегда является результатом воздействия на систему внешней среды.

Это воздействие может заключаться в создании неравновесного начального состояния замкнутой физико-химической системы, как в случае рассмотренной выше реакции Белоусова---Жаботинского. Тогда явления самоорганизации будут формой перехода системы к равновесию и при приближении к последнему прекращаются. Воздействие внешней средина систему может заключаться в поддержании потоков обмена энергией, как в случае лазера, или веществом, как для химической реакции на твердой поверхности. Тогда явления самоорганизации могут протекать до тех пор, пока поддерживаются потоки.

Итак, воздействие внешней среды на систему --- необходимое условие протекания явлений пространственно--временной самоорганизации. Это обстоятельство фиксирует определение [24] класса систем, изучаемых синергетикой: это "открытые системы потокового типа". Открытость системы, наличие потоков обмена с внешней средой, достаточная интенсивность этих потоков ---необходимое условие возникновения упорядоченных пространственно--временных структур.

Потоки обмена со средой захватываются, трансформируются, структурируются системой. Соответственно возникающие структуры носят существенно динамический характер, являются пространственно--временными структурами, оформляющими взаимодействующие процессы. Отсюда виден относительный характер приведенного выше разделения структур на пространственные, временные и пространственно--временные. Это разделение фиксирует лишь внешние признаки структур. Действительно, стационарные, чисто пространственные структуры являются динамическими по своей природе. Их стационарность --- следствие не статичности системы, отсутствия или завершения протекающих в ней процессов, не сбалансированности и скоординированности этих процессов, что, в свою очередь, вытекает из сбалансированности потоков обмена системы с внешней средой и процессов внутри системы. Процессуальность стационарных пространственных структур определяет их временной характер. С другой стороны, однородные по пространству, названные выше временными, структуры являются следствие согласованного, синхронного протекания процессов в различных частях системы. Это определяет пространственный характер временных структур. Таким образом, возникающие в открытых системах структуры, вообще говоря, всегда являются пространственно--временными.

Если использовать толкование понятия самоорганизации, вытекающее из его лингвистического построения, то самоорганизующейся системой является система, которая "сама себя организует". Имея ввиду это непосредственное толкование, зададимся вопросом: в какой степени правомочно говорить об образовании пространственно--временных структур как о проявлении самоорганизации системы, коль скоро воздействие внешней среды, как обсуждалось выше, играет столь существенную роль в протекании этих явлений? Использованные системные представления о потоках обмена системы с внешней средой позволяют достаточно строго ответить на него: о самоорганизации системы можно говорить в том смысле, что система, захватывая потоки обмена, вообще говоря, некоторым образом структурированные в пространственно--временном отношении, трансформирует, организует их, навязывает им свою собственную пространственно--временную структуру. Захват, трансформация, организация потоков обмена есть способ организации самой системой своей структуры, т.е. самоорганизация.

Обсудим вопрос о соответствии реакции Белоусова---Жаботинского данному выше определению класса систем, изучаемых синергетикой. Как мы указали, концентрации веществ, участвующих в этой реакции, разделяются на быстрые и медленные. Определим в качестве составляющих самоорганизующейся системы вещества с быстрыми концентрациями. Тогда вещества с медленными концентрациями будут играть роль внешней среды, задающей в каждой точке самоорганизующейся системы положительные (в систему) и отрицательные (из системы) потоки обмена. Отметим, что при этом мы, во--первых, различаем физико-химическую систему --- смесь реагентов и самоорганизующуюся систему и, во--вторых, система и внешняя среда оказываются пространственно неограниченными. Процессы самоорганизации в изолированных системах могут, таким образом, быть рассмотрены в рамках общего представления об "открытых системах потокового типа".

Исследование вопроса о взаимосвязи системы и внешней среды на методологическом системном уровне выявляет частное противоречие, существующее на предметном уровне описания. Известно, что пространственно упорядоченные стационарные структуры возникают не только в неравновесных, но и в равновесных физико-химических системах (образование кристаллов, явление сверхпроводимости и т.п.). Механизмом возникновения неравновесных и равновесных пространственных структур являются соответственно неравновесные и равновесные фазовые переходы. Эти переходы на макро уровне (см. ниже) с формальной математической точки зрения описываются единым образом с помощью обобщенного уравнения Гинзбурга---Ландау [37]. С точки зрения взаимосвязи системы и внешней среды природа неравновесных и равновесных структур, однако, совершенно различна. Неравновесные стационарные структуры, как уже обсуждалось, являются следствием сбалансированности потоков обмена со средой и процессов внутри системы, наличие потоков обмена --- необходимое условие их существования. Равновесные же структуры образуются в замкнутых (квазизамкнутых) системах, взаимодействием которых со средой (вообще говоря, неравновесной) можно пренебречь. В равновесной системе каждый прямой процесс сбалансирован, скомпенсирован обратным ему процессом, следствием чего и является стационарность равновесных структур. Явления возникновения и превращения различных по природе структур, вообще говоря, также должны иметь различную природу. Возникает вопрос: следствием чего является идентичность описания этих явлений в рамках обобщенного уравнения Гинзбурга---Ландау? Здесь мы можем вспомнить суть математического структурного подхода, сформулированного Н.Бурбаки: "Структуры являются орудиями математика: каждый раз, когда он замечает, что между элементами, изучаемыми им, имеют место отношения, удовлетворяющие аксиомам структуры определенного типа, он сразу может воспользоваться всем арсеналом общих теорем, относящихся к структурам этого типа"[6].Видимо, с такой точки зрения структуры равновесные и неравновесные представляются неразличимыми. Однако очевидно, что при идентичном описании различных по природе явлений фундаментальные существенные черты этих явлений остаются неучтенными.

Сделанным замечанием мы завершаем обсуждение проблемы взаимосвязи системы и внешней среды в синергетике и переходим к рассмотрению целостной природы явлений пространственно--временной самоорганизации.

СИНЕРГЕТИКА И ПРИНЦИП ЦЕЛОСТНОСТИ

Обсудим вопрос о природе пространственно--временной самоорганизации и способах ее описания в свете первого принципа системного мышления --- принципа целостности [5; 28].

"Целостность объекта как системы означает принципиальную несводимость его свойств к сумме свойств составляющих его элементов и не выводимость из последних свойств целого" [28]. Таким образом, использование принципа целостности предполагает наличие выделенных элементов (частей) объекта как системы.

"Давняя историко--философская традиция свидетельствует о том, что допустимо два полярных способа разбиения целостной системы на части: при одном из них получаемые в итоге элементы, или части, не несут на себе, так сказать, целостных свойств исходной системы, при другом --- действительно выделяются части целостной системы, т.е. такие элементарные образования, которые сохраняют в специфической форме свойства исследуемой системы. Будем условно называть второй способ декомпозиции системы "целостным" разбиением ее на части" [28].

Явления пространственно--временной самоорганизации, с нашей точки зрения, имеют целостную природу. Поэтому их изучение требует целостного подхода, как в части исходных содержательных представлений, так и формальных методов описания. Используемые сегодня для этой цели предметные представления и методы соответствуют нецелостному способу разбиения системы: элементы объектов как систем в рамках этих предметных представлений не являются элементами целого. Ставя задачу определения указанной природы пространственно--временной самоорганизации, мы не можем их использовать и снова сталкиваемся с парадоксом классической «системной" структуры, на этот раз --- парадоксом целостности [28]: "Решение задачи описания данной системы как некоторой целостности возможно лишь при наличии решения задачи "целостного» разбиения данной системы на части, а решение задачи "целостного» разбиения данной системы на части, возможно, лишь при наличии решения задачи описания данной системы как некоторой целостности". Чтобы обойти этот парадокс, воспользуемся понятием части пространства. Как указывается ниже, способность теоретического субъекта к пространственному соотнесению объектов может служить целостнообразующим фактором. Мы воспользуемся также категорией процесса. Как указывается в [33; 40], объект задается процессом; для получения целостности необходимо задать объект как определенный процесс. Отметим, что процесс, будучи понятием динамическим, имеющим временную природу, для своего целостного описания требует выделения специфических целостных элементов процесса [34] --- "процесс изменения как предм. теор. иссл." Теперь можно сформулировать определение: пространственно--временная самоорганизация является целостной в том смысле, что в ней проявляется согласованное с потоками обмена с внешней средой взаимодействие элементов процессов, протекающих в различных частях системы.

Перейдем к рассмотрению существующей трактовки целостности пространственно--временной самоорганизации на предметном уровне описания. Предметные представления физики, химии, биофизики, экологии и т.п., синтезируемые синергетикой, имеют в качестве общей основны представление о системе взаимодействующих элементов. Роль элемента может играть атом, молекула, клетка, живой организм и т.п. В взаимодействие элементов может заключаться, например, в упругом столкновении молекул, приводящем к изменению их скоростей, актехимической реакции, в ходе которого одни молекулы превращаются в другие, передвижении живых клеток по градиенту вещества, которое сами эти клетки выделяют и т.д. В дальнейшем для определенности мы будем говорить о химическом взаимодействии.

При протекании явлений пространственно--временной самоорганизации элементы начинают взаимодействовать согласованно в пространстве--времени, т.е. наблюдается эффект кооперации. Например, пространственно однородные автоколебания цвета реакционной смеси входе реакции Белоусова---Жаботинского означают, что в каждой точке реакционной смеси количество актов химического взаимодействия периодически меняется во времени и эти изменения пространственно согласованы, синхронизированы. Над элементную природу пространственно--временной самоорганизации отмечает И.Пригожин:"...во всех этих случаях общим является макроскопическое, надмолекулярное... проявление цепи событий, зарождающихся на уровне отдельных молекул" [21].

Как указывают Б.Б.Кадомцев и Ю.А.Данилов, предложенный Г.Хакеном термин "синергетика", происходящий от греческого synergia--- содействие, сотрудничество, акцентирует внимание на согласованности взаимодействия частей при образовании структуры как единого целого [8]. Сам Г.Хакен дает такое определение: "Синергетика занимается изучением систем, состоящих из многих подсистем различной природы... мы хотим рассмотреть, каким образом взаимодействие таких подсистем приводит к возникновению пространственных, временных или пространственно--временных структур в макроскопических масштабах" [38]. Момент целостности применительно к синергетике фиксируют С.П.Курдюмов и Г.Г.Малинецкий: "Синергетика, как правило, имеет дело с процессами, где целое обладает свойствами, которых нет ни у одной из частей" [16]. Использованное выше понятие макроскопического является родственным понятию целостности в том смысле, что в контексте цитат оно фиксирует наличие у ансамбля частиц (атомов, молекул) свойств, отсутствующих у отдельной частицы и требующих адекватного этим агрегированным свойствам изменения способа описания системы. Если в философии проблема целостности восходит еще к Платону и Аристотелю [4], то в естественных наука хона до последнего времени была поставлена и предметно осознана, лишь в биологии в связи с осознанием границ редакционистского подхода. Что касается физики, химии и смежных наук, а также математики с ее теоретико-множественным основанием, то здесь до недавнего времени понятие целостности практически не использовалось. Приведенные цитаты показывают, что в рамках синергетики происходит осмысление специалистами естественных наук целостного характера исследуемых ими явлений. Отметим, что такое же осмысление происходит, в частности, ив квантовой механике в связи с проблемой не силового взаимодействия тождественных частиц [39].

Обсудим более подробно понятия микро -- и макроописания и переход между ними, на основе которого, прежде всего, реализуется в рамках предметных представлений интенция целостности. Г.Хакен предлагает классификацию уровней описания системы, содержащую три уровня: микроскопический, мезоскопический и макроскопический [38].На микроскопическом уровне рассматривается динамика отдельных элементов --- атомов, молекул и т.п., описываемая с помощью величин, характеризующих эти элементы, например, положений и скоростей атомов. На мезоскопическом уровне рассматриваются ансамблиэлементов, вводятся усредненные величины, характеризующие этиансамбли, например, концентрация, плотность, температура и т.д.,неприменимые на микроскопическом описании. Наконец, намакроскопическом уровне рассматриваются пространственно --временныеструктуры, образуемые ансамблями. Макроскопическому уровню соответствует введение зависимости переменных мезоскопического уровня от положения в пространстве и от времени. Макроструктуры можно характеризовать такими величинами как, например, длина волны, период, амплитуда. По Хакену, специфичным для синергетики является описание динамики макроуровней [38].

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9