Самоорганизация и организация систем

Процесс эволюции любой системы начинается с постепен­ных ее изменений, которые имеют упорядоченный характер. В зависимости от того, чем определяется такой порядок, принято различать самоорганизацию и организацию.

При самоорганизации упорядоченные изменения системы вызываются внутренними силами и факторами, присущими ей. Следовательно, их причина заключается в самой системе. В противоположность этому, организация связана с действием внешних по отношению к системе сил, факторов и причин. Эти различия между самоорганизацией и организацией представля­ются вполне очевидными и согласуются со смыслом обозна­чающих их терминов. На примере рынка мы видели, что само­организация на нем возникает в силу действия внутренних ме­ханизмов ценообразования, в результате которого появляется спонтанный, или самопроизвольный, порядок, выражающийся в равновесии между спросом и предложением. В отличие от этого, вмешательство государства в регулирование рынка, устранение возникающих недостатков является типичным при­мером организации, внешнего вмешательства в функциониро­вание рыночной системы. На примере экономических систем, рассмотренных в главе 9, мы убедились, что самоорганизация и организация в развитии общества, как правило, взаимно пред­полагают и дополняют друг друга.

Поскольку в обществе действуют люди, одаренные сознани­ем и волей, преследующие свои цели, руководствующиеся сво­ими интересами и мотивами поведения, постольку внешняя организация в обществе выступает в качестве субъективного фактора развития социальных систем. В органической природе эволюция происходит за счет процессов самоорганизации си­стем. Во всяком случае, самоорганизация служит началом и источником эволюции всех систем, поскольку теперь доказано,

что при наличии определенных условий она может возникнуть даже в неорганических системах. Однако в наиболее развитой форме самоорганизующиеся процессы выступают в тех науках, которые изучают наиболее сложные и быстро изменяющиеся системы. Не случайно поэтому такие процессы впервые были замечены сначала в социальных науках, а потом в биологиче­ских. В предыдущей главе мы кратко упоминали о процессах самоорганизации и установлении спонтанного порядка в ры­ночной экономике, на которые обратил внимание основатель классической политической экономии А. Смит. Но наибольшее влияние на научный мир оказало, несомненно, открытие Чарльзом Дарвином эволюционной теории, согласно которой происходит постепенное изменение видов растений и живот­ных, что в результате борьбы за существование и естественного отбора приводит в конечном счете к возникновению новых ви­дов. Эти виды оказывались более совершенными по своему строению, функциям и организации и потому лучше приспо­собленными к условиям жизни в окружающей среде.

Такие выводы из эволюционной теории пришли в резкое противоречие не только с представлениями ньютоновской ме­ханики, но и классической термодинамики. Согласно меха­нистическому воззрению, господствовавшему в естествознании XVII — первой четверти XIX веков, все явления в природе пы­тались объяснить путем редукции, или сведения их к законам механического движения частиц. При этом предполагалось, что их положение и скорость движения можно точно и однозначно определить в любой момент времени в прошлом, настоящем и будущем, если так же точно будут заданы их начальное поло­жение и скорость. В таком механическом описании движения время, следовательно, не играет никакой роли и поэтому его знак можно менять на обратный. Впоследствии подобные про­цессы стали называть обратимыми. В особых случаях подоб­ный абстрактный подход может оказаться допустимым, но в подавляющем большинстве реальных случаев нельзя не учи­тывать изменения систем с течением времени. Другими сло­вами, все реальные системы в природе и обществе являются необратимыми.

Впервые с необратимыми процессами физика столкнулась, когда начала изучать качественно отличные от механического движения тепловые процессы. Для их описания в классической термодинамике были сформулированы три ее закона, важней-

шим из которых является второй закон, или второе начало, термодинамики. Согласно этому закону энтропия, или беспоря­док, в закрытой системе постоянно возрастает, достигая в пре­деле максимума, соответствующего состоянию термодинамиче­ского равновесия в системе. Понятие энтропии в содержатель­ном смысле характеризует ту часть полной энергии системы, которая не может быть использована для производства работы и, следовательно, представляет использованную, отработанную, де­градированную энергию. По другой интерпретации энтропия рас­сматривается как мера беспорядка в системе, а максимальное ее значение в точке равновесия соответствует состоянию максималь­ного беспорядка, или дезорганизации системы.

По степени возрастания энтропии, или беспорядка, можно, следовательно, судить об эволюции замкнутой термодинамической системы, а тем самым и о времени ее изменения. Именно таким путем в физику вошло понятие времени как эволюции системы в сторону увеличения ее беспорядка. Очевидно, что такое по­нятие времени коренным образом расходится с тем интуи­тивным его понятием, к которому мы привыкли в обыденной жизни, а также понятием эволюции в дарвиновской теории. Если в учении Дарвина эволюция означает появление нового, сопровождающееся усилением порядка и организации системы, то в термодинамике, напротив, эволюция направлена в сторону увеличения беспорядка и дезорганизации системы. Можно по­этому сказать, что если в первом случае эволюция связана с самоорганизацией системы, то во втором — с ее самодезоргани­зацией. Такое противоречие между физическим и биологиче­ским подходами к эволюции, как уже отмечалось выше, про­должало существовать почти до середины XX в., пока не воз­никла новая термодинамика необратимых и неравновесных процессов. Она рассматривает понятие закрытой системы как далеко идущую абстракцию, не имеющую заметных связей с реальностью, и вместо нее в качестве фундаментального вводит понятие открытой системы, определение которой было дано выше. Такая система не может быть равновесной, поскольку ее существование нуждается в постоянном притоке энергии и ве­щества извне. Хотя отдельные явления самоорганизации в фи­зике были известны еще в XIX в., но их рассматривали как «вырожденные» случаи и пытались объяснить с помощью поня­тий и принципов равновесной термодинамики.

Принципиально новый подход к ним возник лишь в 60-е гг. XX в., когда разные ученые, решая казавшиеся им различными проблемы, по сути дела, исследовали общие принципы и механиз­мы самоорганизации, закладывая тем самым новую концепцию са­моорганизации, названную впоследствии синергетикой. Автор самого этого термина немецкий физик Герман Хакен (р. 1927) работал тогда над новыми источниками света и исследовал меха­низмы кооперативных процессов, которые происходят в твер­дотельном лазере. Он выяснил, что частицы, составляющие ак­тивную зону резонатора, под воздействием внешнего светового поля начинают колебаться в одинаковой фазе. Вследствие этого между ними устанавливается когерентное, или согласованное, взаимодействие, которое приводит к их кооперативному, или кол­лективному поведению, а в конечном итоге к самоорганизации.

Другой видный исследователь самоорганизации, бельгий­ский ученый И.Р. Пригожий (р. 1917), русский по происхожде­нию, пришел к своим идеям, изучая особые химические реак­ции, которые приводят к образованию с течением времени спе­цифических пространственных структур в жидкой среде. Эти реакции экспериментально исследовались отечественными уче­ными Б. Белоусовым и А. Жаботинским. Опираясь на их ре­зультаты, Пригожий и его сотрудники построили математи­ческую модель этих реакций, названную брюсселятором (по имени г. Брюссель). Теоретической основой модели стала не­классическая термодинамика, изучающая необратимые процес­сы, происходящие в открытых неравновесных системах.

Если такая система достаточно удалена от точки термоди­намического равновесия, то произвольно возникающие в ней флюктуации, или случайные колебания, сначала подавляются системой. Однако поскольку система является открытой, то она взаимодействует со средой и благодаря этому ее неравновес­ность усилится, а это в конце концов приведет к разрушению прежнего ее порядка и структуры, а тем самым и к'возникно-вению новой системы. Этот процесс Пригожий рассматривает как возникновение порядка через флюктуации¹. Структуры и системы, образующиеся при этом, он назвал диссипативными, поскольку их возникновение связано с диссипацией, или рас­сеиванием, энергии, использованной системой, и получением новой энергии из окружающей среды.

_______________ \_________________ 1

¹ Пригожин К, Стенгерс И. Порядок из хаоса.— М.: Прогресс, 1986.—С.236,237.

Механизм самоорганизации, вкратце описанный выше, но­сит элементарный характер, но он показывает, что такой про­цесс лежит в «фундаменте самого здания материи» и при нали­чии определенных условий (открытость системы, ее неравно­весность, кооперативное поведение множества ее элементов), может начаться в простейших физических и химических систе­мах. Чем выше находится система на эволюционной лестнице развития материи, тем более сложный и запутанный характер приобретают в ней процессы самоорганизации.

В связи со сказанным следует подчеркнуть, что когда захо­дит речь о самоорганизации в синергетике, то ее следует отли­чать от самоорганизации в кибернетике, где под ней подразуме­вают стабилизацию, сохранение заданного порядка или струк­туры. Синергетическая же самоорганизация связана, напротив, с разрушением старой структуры и возникновением нового по­рядка, динамического режима или структуры. Соответственно этому, она опирается на принцип положительной обратной связи, а кибернетическая самоорганизация — на принцип от­рицательной обратной связи.

По мере усложнения процесса синергетической самоорга­низации возрастают и требования к условиям ее возникнове­ния. Так, например, самоорганизация в химических реакциях требует присутствия катализаторов и автокатализаторов; на пред-биологической стадии эволюции возникают так называемые автопоэтические системы, которые не просто взаимодействуют со средой, но постоянно обновляют себя и тем самым поддер­живают свое существование и относительную автономность. Именно подобный процесс самообновления можно рассматри­вать как прообраз метаболизма и обмена веществ в живых ор­ганизмах.