Главная | Обратная связь

Природно-наукові засади синергетики. Самоорганізація як ґрунтовний процес природи

У процесі соціально-економічного розвитку динамічні процеси виступають у двох основних формах: циклічній й хаотичній. У традиційній класичній економічній науці, заснованій на функціональному аналізі, фундаментальною проблемою є дослідження рівноважного циклічного, сталого розвитку. Процеси у світі представлялися як оборотні в часі, передбачувані на неозоро більші проміжки часу.

Класична наука виключає випадковість як щось зовнішнє, несуттєве. У сучасних умовах розвитку соціально-економічних систем на перший план виходить проблема нестійкої нелінійної динаміки. Нелінійна методологія (теорія хаосу, теорія катастроф, синергетика, теорія кризових ситуацій) претендує на розкриття механізму інноваційної економіки, оскільки розвиток за рахунок якісних (структурних) факторів зв'язаний саме з нерівновагою системи, з рухом її стрибками, хаотично.

З метою розкриття сутності цикличного й хаотичного розвитку соціально-економічних систем можуть бути використано два методи: діалектичний метод і синергетика. Діалектичний метод дозволяє розглядати предмет дослідження, по-перше як ціле, що розвивається, по-друге, у причинно-наслідковому взаємозв'язку й внутрішньої суперечливості його елементів, по-третє, у взаємодії різних форм руху (поступальної й коливальної). Синергетика, заснована на системному аналізі, акцентує увагу на комбінації циклічної й хаотичної форм руху. Синергетика вивчає переважно нелінійні процеси, останні для свого опису вимагають використання нелінійних рівнянь, які мають кілька рішень. Безлічі рішень відповідає безліч шляхів еволюції, звідси багатоваріантність і альтернативність шляхів еволюції, її необоротність. Синергетика як науковий напрямок робить перші кроки й існує відразу не в одному, а в декількох варіантах, що відрізняються не тільки назвами, але й ступенем спільності й концептуальними особливостями. Починаючи з 70-х років формується нова картина світу, ядром якого виступає ряд нетрадиційних уявлень, що одержали назву «синергетика» у німецького вченого Германа Хакена зі Штутгарта, теорія диссипативних структур в Іллі Пригожина (Брюссельська школа), теорія катастроф у французького математика Тома Рене, теорія хаосу Джеймса Гліка.Синергетика займається вивченням систем, що складаються із дуже великої кількості частин, елементів або підсистем складним чином взаємодіючих між собою.

Термін «синергетика» походить від грецького «синергос» — спільна, погоджена дія, тобто це кооперативна погоджена дія функціональних частин, що відображаються в поведінці частин як цілого.Виникнення синергетики як самостійного напрямку наукових досліджень можна віднести до 1969 року. Саме тоді німецький фізик Герман Хакен став використовувати термін «синергетика» у своєму курсі з теорії лазерного випромінювання, який він читав в університеті міста Штутгарт. Новий термін був утворений їм від грецького слова synergia, що означає співробітництво, погоджену дію, співучасть. Цей термін акцентує увагу на погодженості взаємодії частин при утворенні структури як єдиного цілого. Хакену належить безперечний пріоритет у створенні нового терміна «синергетика» — і в розробці системи понять і теоретичних моделей, що описують механізми самоорганізації. Синергетика заснована на принципово новому баченні світу й новому розумінні процесів розвитку в порівнянні з тем переважним способом бачення, який панував у класичній науці протягом попередніх сторіч — науці І. Ньютона й П. Лапласа: випадковість виключалася як щось зовнішнє й несуттєве; процеси, що протікають у світі, представлялися оборотними в часі й передбачуваними на необмежено довгий період; еволюція вважалася процесом, позбавленим відхилень, повернень, побічних явищ.

У класичній науці XIX в. панувало переконання, що матерії споконвічно властива тенденція до руйнування всякої впорядкованості, прагнення до вихідної рівноваги (в енергетичному змісті це й означало хаос). Такий погляд на речі сформувався під впливом уявлень рівноважної термодинаміки, науки, що займається процесами взаємоперетворення різних видів енергії. Установлено, що взаємне перетворення тепла й роботи нерівнозначно: робота може повністю перетворитися в тепло тертям або іншими способами, а от тепло повністю перетворити в роботу принципово неможливо. Отже, у взаємопереходах одних видів енергії в інші існує визначена самою природою спрямованість. Знаменитий другий початок (закон) термодинаміки у формулюванні німецького фізика Р. Клаузіуса — про те, що теплота не переходить самохіть від холодного тіла до більш гарячого. У термодинаміку було введене поняття ентропії, під якою розуміється захід безладдя системи. Більш точне формулювання другого початку термодинаміки прийняло такий вид: при мимовільних процесах у системах, що мають постійну енергію, ентропія завжди зростає. Максимальна ентропія означає повну термодинамічну рівновагу, що еквівалентно хаосу (чим більше ступінь ентропії в системі, тем менше ступінь порядку). Єдиним «докором» термодинаміці служила дарвінівська теорія еволюції, згідно з якою процес розвитку рослинного й тваринного світу характеризується безперервним ускладненням, наростанням висоти організації й порядку. Жива природа прагне ладь від термодинамічної рівноваги й хаосу. Так виявилася «нестиковка» законів розвитку живої й неживої природи. Стало ясно, що для збереження несуперечності загальної картини світу необхідно постулувати наявність у матерії в цілому не тільки руйнівної, але й творчої тенденції. Матерія здатна здійснювати роботу й проти термодинамічної рівноваги, самоорганізовуватися й самоускладнюватися.

Постулат про здатність матерії до саморозвитку був уведений у філософію в античні часи, тоді як його необхідність у фундаментальних природничих науках стала усвідомлюватися лише останнім часом. Таким чином, сформувалися передумови для виникнення теорії самоорганізації. Поняття самоорганізації перебуває в центрі сучасних уявлень про еволюційні процеси. І. Пригожин одним з перших установив, що системи, надані самі собі, можуть зменшувати ентропію всупереч усім раніше відомим уявленням [Верб, Прих]. Ю. Антоногов писав, що в природі є закон, що відображає антиентропійний рух і, імовірно, можливий ще один закон переходу речовини в організацію.

Тепер усе ширше визнається, що самоорганізація — фундаментальний процес природи. Установлено, що існують взаємозалежні й взаємообумовлені матеріальні об'єкти з рівноважною й нерівновагою структурною організацією речовини. Одні з них утворюються в ході процесу, що прагне до рівноваги, інші — у ході процесу, що прагне до нерівноваги. Головною особливістю процесу самоорганізації є його антиентропійна спрямованість. Термін «самоорганізація» став застосовуватися для позначення природніх антиентропійних процесів упорядкування, що мають іншу природу, чим процес рівноважної організації (наприклад, кристалізації), хоча довгий час уважалося, що порушення другого закону термодинаміки можливі лише при свідомому втручанні людини. Приставка «саме-» підкреслює як іманентні причини явища, так і існування відмінностей у природі нерівновагого й рівноважного впорядкування, пов'язаних з активною або пасивною їхньою роллю в становленні відповідного порядку (самоорганізація — активне упорядкування). Розрізняти самоорганізацію й організацію при аналізі складних явищ можна тільки на основі відмінності їх сутності. Самоорганізація припускає природню зміну стану. В ідеях І. Пригожина, розвинених Г. Хакеном у синергетику, розглядається, так звана, когерентна самоорганізація. Її механізм пов'язаний з кооперативною взаємодією безлічі однорідних компонентів, що приводять до синхронізації внутрішніх процесів і їх когерентній поведінці. Такий механізм Г. Хакен назвав синергетичним (від грецького synergia — спільна кооперативна дія). Термін «синергетика» уведений Г. Хакеном для позначення міждисциплінарного напрямку, що надає завдяки результатам досліджень в області теорії лазерів і нерівновагих фазових переходів ідейну основу для плідного співробітництва дослідників у різних галузях.

Синергетика, по Г. Хакену, займається вивченням систем, що складаються із великої кількості частин і складним способом взаємодіючих між собою. У Г. Хакена щодо цього були попередники: Ч. Шеррингтон, І. Забузький і ін. Але вони говорили лише про приватні приклади синергетичних процесів. Деякі авторитетні автори висловлюються про синергетику як про нову наукову парадигму (певної сукупності загальноприйнятих у науковому співтоваристві ідей і методів (зразків) наукового дослідження). Синергетику як нову парадигму можна коротко охарактеризувати трьома ключовими ідеями: нелінійність, самоорганізація, відкриті системи.

У цей час загальновизнаним можна вважати уявлення про самоорганізацію як про спонтанний перехід відкритої нерівновагої системи від менш складних і впорядкованих форм організації до більш складних. З погляду теорії динамічного хаосу феномен самоорганізації можна розглядати у вигляді народження структури з хаосу структур. Система, у якій стохастичність траєкторій є наслідком внутрішніх взаємодій, а не випадкових зовнішніх впливів, називається динамічним хаосом — рух часток розглядається як випадкове. Синергетику можна визначити по-різному, наприклад: наука про самоорганізацію соціальних, фізичних і біологічних систем; наука про нестійкі стани, що передують катастрофі, і їх подальшої еволюції (теорія катастроф); наука про універсальні закони еволюції в природі й суспільстві. Синергетика, що виникла на базі системного аналізу, по суті, є теорією синтезу об'єктів природи, науки, техніки й соціальних систем, тобто вона досліджує функції об'єкта й забезпечує пояснення й розуміння процесів, реалізованих системою. Це поки ще не склавшийся науковий напрямок займається дослідженням процесів самоорганізації й утворення, підтримки й розпаду структур у системах всілякої природи. Тому вона ще далека від завершення і єдиної загальноприйнятої термінології. Але це зовсім не означає, що її не можна використовувати й що треба чекати, коли з'являться строгі визначення категорій синергетики. Тут важливо інше. Важливо виділити керівні ідеї й основні загальні закономірності, пропоновані нею. Ціль синергетики — виявлення нелінійної методології, тобто загальних ідей, загальних методів і загальних закономірностей у самих різних областях природознавства й соціології, у тому числі, в створенні й розвитку організаційних систем. Проблема нестійкої нелінійної динаміки розвитку соціальних систем виходить на перший план у нових наукових напрямках: системному аналізі, синергетиці, теорії хаосу, теорії катастроф.

У чому полягає методологічна сутність синергетичного підходу?

По-перше, синергетика націлює увагу дослідника не на існуючі явища, а на знову виникаючі. Їй цікаві моменти виникнення з хаосу порядку, для цього вона досліджує кілька типів хаосу (рівноважний, динамічний, нерівномірний, турбулентний і статистичний хаос). Саме в нестабільному, нерівновагому стані синергетика виявила, що «малі впливи можуть привести до більших наслідків». По-друге, синергетика, на відміну від класичних теорій, за вихідне приймає нестабільність, не рівновагість, нелінійність, тоді як лінійність, стабільність, рівновагість виявляються моментами цієї нестабільності й нерівномірності. Звідси базовими, вихідними категоріями синергетики є такі системотворчі поняття, як нелінійність, самоорганізація, відкритість, складність, хаос, випадковість і ін. Таким чином, для синергетики динамічний хаос — фундаментальна властивість реальності.

Синергетика може забезпечити нову методологію розуміння шляхів еволюції складних організаційних систем, причин еволюційних криз, загроз катастроф, надійності прогнозів їх розвитку. На відміну від традиційних галузей науки, синергетику цікавлять загальні закономірності еволюції (розвитку в часі) систем будь-якої природи, у тому числі, і організаційних. Отрешаючись від специфічної природи систем, синергетика знаходить здатність описувати їхню еволюцію міждисциплінарною мовою, встановлюючи, свого роду, тотожність двох явищ, досліджуваних засобами двох різних наук, але, що мають загальну модель, або, точніше, що приводяться до загальної моделі. Виявлення єдності моделі дозволяє синергетиці робити надбання однієї галузі науки доступним розумінню представників зовсім іншої, можливо, досить далекої від неї галузі науки й переносити результати однієї науки на, здавалося б, чужорідний ґрунт. Синергетика — науковий напрямок, що представляє собою міждисциплінарну універсальну теорію самоорганізації й складності процесів всілякої природи. Виникла на стику фізики, хімії, біології, астрофізики й інших природничих наук, що й увібрала в себе загальнонаукові системні ідеї, синергетична модель самоорганізації є на сьогоднішній день найбільш узагальнюючою й найбільше евристично плідною пояснювальною моделлю, що описує взаємопереходи порядку й хаосу в еволюції систем, у тому числі, й соціально-економічних. Методологічна перевага синергетики, у порівнянні з іншими теоріями, полягає в тому, що останні аналізують процеси впорядкування й організації під специфічним дослідницьким кутом зору. Так, наприклад, класична соціологія й кібернетика акцентують свою увагу переважно на проблемах стабільності й рівновагості систем, а значить — їхньої керованості; теорія соціальної ентропії – на ролі нерівновагості у формуванні соціального порядку. Предмет вивчення синергетики є системи, що самоорганізуються. Самоорганізація — це процес упорядкування частин і елементів системи в просторі й у часі за рахунок їх внутрішньої погодженої взаємодії (на відміну від організації, під якою мається на увазі те ж саме, але під впливом зовнішнього фактору). Предметом вивчення синергетики є всі етапи універсального процесу самоорганізації як процесу еволюції порядку — його виникнення, розвитку, самоускладнення й руйнування, тобто весь цикл розвитку системи в аспекті її структурного впорядкування. Іншими словами, синергетику можна вважати найбільш повною, інтегральною теорією порядку й хаосу тому, що вона досліджує різні рівні порядку й прояву різної ролі хаосу на цих етапах порядкоутворення. Синергетика — це наукова дисципліна, яка розглядає закономірності процесів системної інтеграції й самоорганізації в різних системах. У чому відмінність синергетики від інших наукових напрямків? При системному підході основна увага акцентується на зв'язках частин у цілому, на умовах збереження цілісності системи і її адаптивних здатностях при зміні навколишнього середовища. При цьому аналіз ведеться, як правило, на якісному рівні. Синергетика досліджує причини появи й динаміку цілісних властивостей системи й вивчає кількісні відносини й параметри. Синергетика займається дослідженням великих і складних систем, що складаються із численних частин, елементів або підсистем. Нова концепція самоорганізації, висунута синергетикою, відрізняється від колишніх, розроблених у рамках кібернетики й системотехніки, тим, що основну увагу вона звертає на розкриття конкретних механізмів взаємодії елементів, що приводить до їхнього впорядкування й утворення стійких структур.

Синергетика як стратегія дослідження. Синергетичний напрямок, будучи зверненим до вирішення нових наукових проблем, стає методом пошукової діяльності. Мова йде про методологічну й евристичну функції синергетики. Синергетика, узята як метод, стає інструментом пошукової діяльності. Вона може підказати, як зробити в дослідженні наступний крок. Якщо встановлені загальні закони самоорганізації й нелінійного синтезу складних систем і формоутворень природи, то на основі цього знання можна будувати очікування й прогнози про характер протікання процесів структуроутворення й еволюції структур в організаційних і виробничих системах. Навчитися мислити синергетично — значить навчитися мислити нелінійно, мислити в альтернативах, припускаючи можливість зміни темпу розвитку подій і якісної перебудови, структурних переходів у складних системах. Узагальнюючи вищевикладене, можна відзначити, що синергетика (від грецького synergetikos — спільний, що узгоджено діє) — науковий напрямок, що вивчає процесиутворення й колективних взаємодій об'єктів (елементів, підсистем): що відбуваються у відкритих системах при нерівновагих умовах; що супроводжуються інтенсивним обміном речовиною й енергією підсистем із системою й системи з навколишнім середовищем; що характеризуються самодовільністю (відсутністю твердої детермінації ззовні) поведінки об'єктів (підсистем), що сполучається з їх взаємосриянням; що мають результатом упорядкування, самоорганізацію, зменшення ентропії, а також еволюцію систем.