ФИЛОСОФИЯ (последнее)
Причинность в синергетике: спонтанное возникновение действующей причины
Актуальные публикации по вопросам философии. Книги, статьи, заметки.
И.С.Добронравова (Киев)
Причинность в синергетике:
спонтанное возникновение действующей причины.
Спонтанность теоретически выражается с помощью нелинейных уравнений и хорошо представима наглядно на графиках их решений (как правило, получаемых численными методами). Плавное изменение управляющего параметра при прохождении им критического значения сопровождается резким самопроизвольным изменением состояния системы. График решений в особой точке разветвляется (в простейшем случае это точка бифуркации, когда кривая раздваивается). На языке математики это называется катастрофой. Самопроизвольные изменения, описываемые таким образом, являются предметом нелинейной науки, становление которой происходит в процессе нынешней глобальной научной революции. И если спонтанное нарушение локальных симметрий в унитарных калибровочных теориях фундаментальных физических взаимодействий касается процессов, происходивших в период становления Вселенной, то спонтанная самоорганизация, изучаемая синергетикой, происходит всюду в нашем мире, где существует становление и развитие, т.е. касается и нас с вами.
Может быть, именно поэтому пересмотр оснований науки, сопровождающий формирование нового постнеклассического типа научной рациональности, вызывает столь пристальное внимание, несмотря на мирное, почти “бархатное” протекание современной научной революции. Действительно, попытка осмыслить новое содержание научного знания в контексте прежних оснований приводит в лучшем случае к констатации их странности. Так, термин “странный аттрактор” использовал Е.Лоренц, моделируя изменение погодных условий. В нелинейной динамике этот термин фиксирует “притяжение” параметра порядка к хаотическому характеру поведения.
Формирование адекватных оснований научного исследования новых предметных областей призвано создать контекст их рационального понимания, т.е. понимания новых феноменов в их естественности, а не странности. Среди оснований науки, перечисляемых В.С.Степиным, философские основания науки занимают особое место, являясь фундаментом и научной картины мира, и идеалов и норм научного исследования. Категория причины в ряду философских оснований науки Нового времени особенно важна: она занимает свое место и среди категориальных оснований научных картин мира, и в виде принципа причинности находится в основаниях норм научного исследования. Между тем, именно понимание детерминизма и его роли в последнее время сильно изменилось. Илья Пригожин в книге “Время, хаос, квант” приводит подтверждение этому: “Как свидетельство перемен приведем торжественное заявление, с которым выступил в 1986 г. сэр Джеймс Лайтхилл, бывший в то время президентом Международного союза теоретической и прикладной механики: “Здесь я должен остановиться и снова выступить от имени широкого всемирного братства тех, кто занимается механикой. Мы все глубоко осознаем сегодня, что энтузиазм наших предшественников по поводу великолепных достижений ньютоновской механики побудил их к обобщениям в этой области предсказуемости, в которые до 1960 года мы все охотно верили, но которые, как мы теперь понимаем, были ложными. Нас не покидает коллективное желание признать свою вину за то, что мы вводили в заблуждение широкие круги образованных людей, распространяя идеи о детерминизме систем, удовлетворяющих законам движения Ньютона, -- идеи, которые, как выяснилось после 1960 года, оказались неправильными”. И далее, поясняя эту мысль, И.Пригожин пишет: “Детерминизм, долгие годы казавшийся синонимом научного познания, в настоящее время сведен до положения свойства, справедливого только в ограниченном круге ситуаций. Кроме того, вероятности, которые Больцман считал воплощением нашего незнания, обретают объективный смысл”.
В этой статье я попытаюсь рассмотреть проблемы, с которыми столкнулись концепции детерминизма, принятые до сих пор в точном естествознании, и предложить философские основания понимания причин самоорганизации, выдвинутых Ильей Пригожиным.
Как известно, среди всех видов причинности, выделявшихся еще Аристотелем, физика Нового времени использовала лишь действующую причину. Более того, в динамических законах классической физики была выражена наглядная причинность обыденного сознания, когда одно событие (причина) влечет за собой другое событие (следствие). При этом состояние физической системы в физической теории описывалось через наблюдаемые величины.
При всех изменениях, произошедших в понимании причинности в ходе осознания результатов первой научной революции ХХ века (причинность стала вероятностной, теоретическое описание состояния физических систем лишь опосредованно связано с наблюдаемыми величинами и т.д.), только нынешняя научная революция покончила с пережитками Лапласовского детерминизма. Об ограниченном значении такого детерминизма и говорил И.Пригожин в вышеприведенном высказывании. Общепринятой концепции детерминизма в философских основаниях синергетики пока нет, хотя и естественнонаучные и философские предпосылки для адекватного понимания причин самоорганизации, на мой взгляд, уже налицо.
Для того чтобы обсуждать вопрос о причинах самоорганизации, рассмотрим, возникновением чего, собственно, является самоорганизация с точки зрения синергетической картины мира. Илья Пригожин, много сделавший для формирования нового взгляда на мир, называет сложность, темпоральность и целостность его определяющими чертами. Самоорганизация может быть определена как возникновение (становление) нового целого, образованного сложным, но согласованным поведением составляющих элементов исходной среды. Начальным пунктом возникновения чего бы то ни было нового при самоорганизации является возникновение целостности исходной среды, что проявляется в возникновении набора возможностей дальнейшего выбора посредством крупномасштабных флуктуаций.
Рассматривая предложенное Пригожиным понимание причин самоорганизации, я собираюсь продемонстрировать незамеченную им самим возможность нового использования старых философских изобретений. Я использую понятие философского изобретения в том смысле, который придал этому выражению Мераб Мамардашвили, писавший, что “есть некие теоретические структуры мысли (и они – самые интересные в истории философии), которые фактически свободны, в том числе и от интерпретации их самими изобретателями структур”. На мой взгляд, понимание Пригожиным причин самоорганизации актуализирует гегелевскую категориальную структуру, представляющую формирование причины на определенном основании и при определенных условиях.
Илья Пригожин, рассматривая самоорганизацию диссипативных структур как порядок через флуктуации, именно крупномасштабные флуктуации, случайно выбираемые в точке бифуркации варианты дальнейшего пути развития системы, рассматривал как причину нового порядка. Это понимание причинности применительно к процессу самоорганизации, на мой взгляд, не было должным образом понято и оценено.
Сплошь и рядом в методологической литературе, посвященной причинности в синергетике, можно прочесть о так называемом “слабом детерминизме”. В этом случае в качестве причины самоорганизации пытаются рассматривать предыдущее по отношению к бифуркации состояние среды. Сказывается привычка использовать понятие причинно-следственных отношений так, как оно рассматривалось в линейной физике, будучи выраженным через однозначную связь прошлого и будущего состояний физической системы, осуществляемую физическим сигналом, распространяющимся с конечной скоростью. Понятно, что в таком контексте ничего другого не остается, как констатировать отсутствие однозначной связи, когда при плавном изменении управляющего параметра график решения нелинейных уравнений разветвляется в особой точке. Однако никаких оснований рассматривать предыдущее состояние как причину последующего здесь нет. Состояние среды перед первой бифуркацией еще даже не нелинейно. А без нелинейности нет самоорганизации.
Между тем Илья Пригожин в качестве причины возникновения порядка из хаоса рассматривает не состояние, предшествующее бифуркации, а флуктуации по отношению к средним значениям, характеризующим термодинамический хаос, которым является это предшествующее состояние. Хочется еще раз подчеркнуть, что речь идет о крупномасштабных флуктуациях, о вариантах так называемого “дальнего порядка”, возникающих в среде в точке бифуркации, когда средние значения вообще перестают существовать. Эти флуктуации, являются, собственно, новым порядком, возникшим и поддерживаемым в условиях сильной неравновесности среды. Их не следует путать, как это часто бывает, с “шумом”, внешним или внутренним, с малыми случайными воздействиями, которые могут повлиять на выбор варианта развития. Такие случайные воздействия иногда называют “малыми причинами больших следствий”. И это тоже довольно типичная путаница в понимании причинности в синергетики.
Если же серьезно воспринять мысль Пригожина, ситуацию бифуркации следует рассматривать как ситуацию формирования причин, ведь именно в этой ситуации появляются варианты дальнего порядка, флуктуации как причины порядка. В этом случае причина равна действию, как и должно быть в соответствии с многовековой разработкой понимания причинности в мировой философской мысли. Ведь действием этой причины оказывается само существование новой самоорганизующейся диссипативной структуры.
Вот только новая необходимость, т.е. закон существования этой структуры, включает в себя случайность выбора одного из возможных вариантов самоорганизации. Гегель называл такую необходимость, содержащую в себе случайность, реальной необходимостью, рассматривая в “Науке логики” формирование причины. Таким образом, случайный выбор предшествует возникновению действующей причины. Нелинейность среды при этом может быть рассмотрена как основание самоорганизации, а критическое значение управляющего параметра как ее условие. Двойная детерминация основанием и условиями определяет возникновение флуктуации как действующей причины становления нового целого. По Гегелю, субстанция играет роль причины, поскольку она имеет мощь “порождать некое действие, некую действительность”.
Такое понимание дает возможность избежать парадоксального рассмотрения событий, подобных крику в горах, как причины возникновения лавины. Образование нелинейного состояния снежного покрова или россыпи камней как основания формирования лавины придает случайному событию, такому, как крик в горах, значение критического условия случайного выбора одной из возможных причин и, соответственно, ее действия.
Как ни странно, такое рассмотрение находится в полном соответствии с пониманием действующей причины в классической физике, физике Галилея и Ньютона. Как известно, они считали, что причина нужна только для изменения состояния движения, и эта причина – сила. Чтобы изменить состояние механического движения, нужна энергия. Такова же ситуация и в нелинейной области. Чтобы образовать новую структуру, необходима мощь потоков энергии, поступающих в среду или производимых ею. Эта энергия, делающая среду нелинейной, и является основанием для возникновения причин, способных произвести соответствующие действия. Малое случайное воздействие может повлиять на выбор одной из флуктуаций в критическом неравновесном состоянии, но не оно определяет сам набор возможных флуктуаций.
Поскольку нелинейные уравнения имеют несколько решений, теоретическое описание должно включать информацию о случайном выборе, осуществленном системой в особых точках, или о реализации каждого из них, когда это имеет место. Теоретическая реконструкция возможных вариантов выбора выступает в качестве объяснения в отличие от теоретического описания. Т.е. объяснение в нелинейных теориях осуществляется только для сферы возможного.
Связь теоретического объяснения с реконструкцией набора возможностей не является новостью, во всяком случае, в физике. Не только квантовая, но и классическая статистики реконструируют состояния физической системы, связываемые законом, как набор возможностей. Специфика нелинейной ситуации определяется соотношением необходимого и случайного и может быть прояснена обращением к философским основаниям науки. Вкратце различие таково. В статистических законах необходимость очерчивает круг возможного, и случайность осуществления любой из возможностей оказывается проявлением необходимости.
Случайный же выбор в точке бифуркации – это выбор между новыми необходимостями, дополнительными по отношению к необходимости, существовавшей до особой точки, и выраженной, например, термодинамической кривой. Совсем не то же самое иметь устойчивый и предсказуемый разброс значений в проявлениях линейного статистического закона или непредсказуемый случайный выбор между разными путями эволюции, с нелинейным раздуванием различий.
Казалось бы, наилучшим способом для более глубокого понимания происходящих процессов самоорганизации и их причин, было “распаковать” точку бифуркации и рассмотреть движение элементов среды в переходном процессе, когда они обнаруживают себя в зоне притяжения тех или иных аттракторов (участвуют в одной или другой из возможных крупномасштабных флуктуаций). Аттрактор -- от английского слова “притягивать” -- это состояние, к которому стремится разворачивающийся процесс. Так, для маятника с трением аттрактором является остановка в положении равновесия, а для маятника без трения – бесконечные гармонические колебания вокруг этого состояния. А в нелинейных процессах, где различия усиливаются (как в автокаталитических реакциях, производящих собственный катализатор), не только могут существовать разные аттракторы для разных процессов, но и разные аттракторы на разных стадиях одного и того же процесса.
Случайное присутствие в зонах притяжения разных аттракторов для каждого из элементов среды определяется начальными условиями на момент выхода из предыдущего хаотического состояния. И хотя такие начальные условия для отдельных элементов среды являются результирующей взаимодействий частиц в их предыдущем по отношению к самоорганизации хаотическом движении, ситуация не может быть понята на основе принципа редукции к микроскопическому состоянию системы. Сами аттракторы как варианты дальнейшей нелинейной динамики появляются только при переходе среды в нелинейное состояние и определяются не только состоянием среды, но и граничными условиями ее существования. Т.е. речь идет о становлении целостности во всем многообразии ее оснований и условий, детерминирующих поведение параметра порядка в каждой точке путем случайного выбора одной из возможных причин.
В динамическом (детерминированном) хаосе каждая точка фазового пространства является особой точкой, т.е. точкой возникновения причины, и каждый шаг нелинейной динамики связан со случайным выбором возможных вариантов. Детерминация каждого шага нелинейной динамики итерационными формулами, не дает возможности для долгосрочных прогнозов в связи с усилением в силу нелинейности малых отклонений в начальных значениях параметров (такие малые отклонения всегда существуют, хотя бы за счет квантовых флуктуаций).
На мой взгляд, хотя корректное использование понятия действующей причины для описания хаотического поведения возможно, неосуществимость долгосрочных прогнозов делает его малоэффективным. Образование же фракталов в зоне конкуренции разных аттракторов и их упорядоченность, подобная той, которая задается множеством Мандельброта, требует объяснения, но неизвестно, в терминах ли каузальности оно может быть дано.
Тем не менее адекватное понимание детерминации в нелинейной динамике является единственно верным ориентиром в попытках людей повлиять на становление самоорганизующейся системы, например, малым воздействием способствовать выходу системы на благоприятный сценарий самоорганизации Не менее важно понимать, что необходимо удерживать условия, при которых возможно продолжение динамически устойчивого существования устраивающей нас диссипативной структуры, будь то часть нашего собственного организма, экологическая ниша, в которой мы существуем, или жизнеспособная экономическая система.
Диссипативная структура как целое относительно стабильна при выходе на некий характерный для данной среды устойчивый аттрактор, (ему может соответствовать предельный цикл в соответствующем фазовом пространстве). Процесс его воспроизведения – это вновь и вновь повторяющееся становление с точки зрения известного результата. Повторение не буквальное, диссипативная структура “забывает” начальные условия своего становления, но она воспроизводит себя, лишь если сохраняются условия, при которых это возможно.
Однако, эти условия могут разрушаться самим существованием нелинейной системы. Так, автокаталитические реакции, производящие собственный катализатор, ускоряющимися темпами исчерпывают запасы реагентов, приближая собственный конец, если запасы реагентов не пополняются. Такое пополнение может осуществляться искусственно в лабораторной установке или естественно за счет обмена веществ в организме, но ни в том, ни в другом случае не может быть вечным. Таким образом, целостность связана с темпоральностью в смысле временности, преходящести существования и в том случае, когда система способна к динамической устойчивости. Целостность и темпоральность как черты самоорганизующихся систем тесно связаны со сложностью как увеличением упорядоченности, поскольку самопроизвольное возникновение новых структур в неравновесных средах сопровождается локальным уменьшением энтропии за счет передачи произведенной в самоорганизующейся системе энтропии в среду.
Нелинейные самоорганизующиеся системы образуются в результате случайного выбора одного из возможных вариантов самоорганизации и при дальнейшем изменении управляющих параметров уступают место другим структурам, образующимся на дальнейших этапах самоорганизации (например, турбулентности в потоке жидкости могут дробиться). Однако, после нескольких разветвлений (бифуркаций) нелинейные динамические процессы входят в состояние динамического хаоса. И вот тогда образуются по-настоящему сложные структуры (фракталы) в пограничных зонах конкуренции разных аттракторов.
Сложность – неизбывная черта этих нелинейных динамических систем с дробной размерностью. Их нельзя представить в виде комбинации простых элементов, поскольку они обладают масштабной инвариантностью, и переход к меньшим масштабам обнаруживает не простые составляющие, а те же сложные структуры.
Таким образом, развитие, понятое как спонтанная естественная самоорганизация, может быть связано с устойчивостью только как переход от одних относительно устойчивых систем к другим, при том, что на последующих фазах разворачивания нелинейного динамического процесса осуществляется не переход к очередному выбору среди возможных устойчивых структур, а тот или иной сценарий вхождения в хаос.
Принципиальная непредсказуемость случайного выбора вариантов развития в каждой из особых точек и возможность повлиять непредсказуемым образом на этот выбор в процессе исследования в силу чрезвычайно высокой чувствительности в этих точках открытых неравновесных нелинейных сред также усугубляет положение наблюдателя, зачастую являющегося элементом самоорганизующихся систем, в частности, экологических .
На этом можно было бы закончить, поставив в ряд катастрофических экологических и социальных прогнозов еще один, синергетический. Однако, та же нелинейность, которая так затрудняет возможности понимания, создает условия, при которых линейные предсказания катастроф, неизбежных при разворачивании отдельно взятой тенденции, отменяются игрой случайностей в конкуренции разных тенденций на нелинейной среде со многими притягивающими центрами. Философия же, хотя и не может обеспечить благоприятный сценарий выживания, может все же содействовать выработке адекватных средств осмысления ситуации и рационального (не в смысле классического идеала рациональности) действия в ней.
На мой взгляд, сценарии выживания применительно к локальному масштабу динамически стабильного существования отдельных экосистем, учитывая антропогенные, техногенные и социогенные факторы их становления и воспроизведения, и применительно к глобальному масштабу выживания человечества на планете Земля окажутся принципиально разными, поскольку разные типы сложных систем необходимо привлекать для синергетического моделирования процессов, столь различных по своему масштабу.
Здесь я буду говорить лишь об устойчивых вариантах самоорганизации, благоприятных для человечества. Существуют ведь и другие значительно менее устойчивые и менее благоприятные ее варианты, такие как самоорганизация в толпе в моменты социального взрыва или самосуда. Проблема соотношения организации и самоорганизации, весьма непростая для человеко-размерных систем, требует отдельного обсуждения.
Итак, применительно к поддержанию устойчивого существования (гомеостазиса) в локальном (региональном) масштабе, синергетика может предложить модель открытых диссипативных структур. Локальное уменьшение энтропии, связанное с их самоорганизацией, самоподдерживается за счет передачи произведенной в них энтропии породившей их среде и получению от этой среды энергии и вещества с низкой энтропией. При этом существует как бы энтропийная плата за самоорганизацию: при наличии в среде самоорганизующихся структур энтропии производится значительно больше, чем в их отсутствие. Так что поддержание порядка в одном месте непременно сопровождается с его уменьшением в другом. Речь идет прежде всего о беспорядке в термодинамическом смысле этого слова, т.е. о переходе энергии в такую форму, когда она уже не может выполнять работу. Так что даже в случае, когда мусор собирается и перерабатывается, на это уходит энергия, производство которой также связано с увеличением энтропии, которая должна быть отдана планетой в окружающее космическое пространство. Опасность парникового эффекта. состоит как раз в затруднении этого процесса.
Таким образом, человек может поддерживать гомеостазис локальных структур, созданных и поддерживаемых живой природой, ограничивая собственное разрушительное воздействие на них, как это происходит, например, в заповедных зонах, т.е. удерживая условия их существования в необходимых для их периодического воспроизведения границах. Такие специальные усилия требуют специальных затрат и могут входить в противоречие с потребностями живущих в соответствующих регионах народов, традиционный способ производства которых в условиях демографического роста, обусловленного даже минимальным приобщением к достижениям цивилизации, может оказаться не менее разрушительным для среды, чем техногенные факторы. Так что если не развитие, то устойчивость локально может быть обеспечена, хотя и не без издержек в глобальном масштабе.
Коль скоро ситуацию можно интерпретировать как нелинейную и разворачивающуюся по сценарию вхождения в хаос, то здесь открываются возможности образования сложных систем типа фракталов в зоне конкуренции разных аттракторов нелинейной хаотической динамики. Следует, однако иметь в виду, что такая динамика может иметь место только для параметров порядка, т.е. в ситуации, основанной на предыдущей самоорганизации. Уже существующее кооперативное (когерентное) движение многих элементов среды и характеризуется параметром порядка. Когда такая согласованность исчезает, разрушается сама среда, порождающая самоорганизацию сложных систем в динамическом хаосе.
То есть для того, чтобы корректно ставить вопрос о самоорганизации в нелинейных средах, следует правильно определять, о какой среде идет речь, учитывать иерархичность уровней, на которых происходит самоорганизация. Это даст возможность говорить о переходных процессах на одном уровне без утраты состояния гомеостазиса на другом. Тогда можно применять понятия параметров порядка и управляющих параметров, и определять возможности влияния на процессы самоорганизации адекватно пониманию их природы.
Так, кажется естественным считать элементами социальной среды отдельных людей, а факторами, определяющими нелинейность такой среды, наличие у людей сознания, эмоций, интересов и т.д. Это безусловно верно, если говорить о базовом уровне .самоорганизации в обществе, хотя и здесь нельзя не иметь в виду культурно-историческую определенность этих сознаний, эмоций и интересов. То, что может вызвать панику или возмущение в одной толпе, оставит безразличной другую.
Однако, для других, более высоких видов самоорганизации, элементами среды являются семьи, племена, партии, государства и другие формы самоорганизации человечества. Так, несхожесть политических процессов в западных демократиях и на пост социалистических просторах связана не только с нашей неправильной ментальностью (отсутствием протестантской этики и наличием патриархальных пережитков, например), но и с тем, что происходят эти процессы на разных средах. Самоорганизация политических партий создает элементы той среды, на которой возможна в принципе желаемая политическая самоорганизация. Так для самоорганизации некоторых видов квазичастиц (экситонов, например) нужна не любая совокупность молекул, а организованная структура твердого тела.
При учете такой иерархичности сред, когда элементы среды среднего уровня обеспечиваются предыдущей самоорганизацией на микро-уровне и протекают в условиях, определяемых состоянием дел на мега-уровне, открывается принципиальная возможность различать состояния этих разных сред. Речь идет об уровне их нелинейности, выходе на переходные состояния к самоорганизации устойчивых структур или к вхождению в динамический хаос, способный порождать в конкурентной игре тенденций движения к разным аттракторам неожиданные, но сложные системы.
Так, война характеризуется нелинейностью в межгосударственных отношениях и ограниченной организованностью поведения отдельных людей в армии и военной промышленности. А во время уличных беспорядков нелинейной самоорганизации толпы может быть (до поры до времени) противопоставлена организация на уровне государства или даже на международном уровне (миротворцы).
Знания о природе самоорганизации по крайней мере на методологическом уровне, на наших глазах превращается в условие выживания человечества. Поэтому понятия, используемые мировым сообществом, для перехода из идеологической сферы благих пожеланий в сферу реальных действий должны пройти проверку в контексте синергетических представлений. Важность адекватных философских оснований этих представлений также сложно переоценить.
Так, перенос акцента с поисков готовых причин самоорганизации на их формирование открывает возможность обратиться к сокровищнице мировой философской мысли и использовать мощную категориальную структуру детерминации, созданную Гегелем в ходе рефлексии над историей философии специально для применения ее к процессам становления и развития. Неудивительно, что она оказалась так уместна при рассмотрении детерминации основанием и условиями процессов самоорганизации, понятых как становление нового целого. В то же время сохранение понятия действующей причины, пусть и взятой в ее формировании, оставляет такое рассмотрение в традиции развития естественнонаучного познания Нового времени, что также немаловажно, если речь идет о научном рационализме наших дней.
Причинность в синергетике:
спонтанное возникновение действующей причины.
Спонтанность теоретически выражается с помощью нелинейных уравнений и хорошо представима наглядно на графиках их решений (как правило, получаемых численными методами). Плавное изменение управляющего параметра при прохождении им критического значения сопровождается резким самопроизвольным изменением состояния системы. График решений в особой точке разветвляется (в простейшем случае это точка бифуркации, когда кривая раздваивается). На языке математики это называется катастрофой. Самопроизвольные изменения, описываемые таким образом, являются предметом нелинейной науки, становление которой происходит в процессе нынешней глобальной научной революции. И если спонтанное нарушение локальных симметрий в унитарных калибровочных теориях фундаментальных физических взаимодействий касается процессов, происходивших в период становления Вселенной, то спонтанная самоорганизация, изучаемая синергетикой, происходит всюду в нашем мире, где существует становление и развитие, т.е. касается и нас с вами.
Может быть, именно поэтому пересмотр оснований науки, сопровождающий формирование нового постнеклассического типа научной рациональности, вызывает столь пристальное внимание, несмотря на мирное, почти “бархатное” протекание современной научной революции. Действительно, попытка осмыслить новое содержание научного знания в контексте прежних оснований приводит в лучшем случае к констатации их странности. Так, термин “странный аттрактор” использовал Е.Лоренц, моделируя изменение погодных условий. В нелинейной динамике этот термин фиксирует “притяжение” параметра порядка к хаотическому характеру поведения.
Формирование адекватных оснований научного исследования новых предметных областей призвано создать контекст их рационального понимания, т.е. понимания новых феноменов в их естественности, а не странности. Среди оснований науки, перечисляемых В.С.Степиным, философские основания науки занимают особое место, являясь фундаментом и научной картины мира, и идеалов и норм научного исследования. Категория причины в ряду философских оснований науки Нового времени особенно важна: она занимает свое место и среди категориальных оснований научных картин мира, и в виде принципа причинности находится в основаниях норм научного исследования. Между тем, именно понимание детерминизма и его роли в последнее время сильно изменилось. Илья Пригожин в книге “Время, хаос, квант” приводит подтверждение этому: “Как свидетельство перемен приведем торжественное заявление, с которым выступил в 1986 г. сэр Джеймс Лайтхилл, бывший в то время президентом Международного союза теоретической и прикладной механики: “Здесь я должен остановиться и снова выступить от имени широкого всемирного братства тех, кто занимается механикой. Мы все глубоко осознаем сегодня, что энтузиазм наших предшественников по поводу великолепных достижений ньютоновской механики побудил их к обобщениям в этой области предсказуемости, в которые до 1960 года мы все охотно верили, но которые, как мы теперь понимаем, были ложными. Нас не покидает коллективное желание признать свою вину за то, что мы вводили в заблуждение широкие круги образованных людей, распространяя идеи о детерминизме систем, удовлетворяющих законам движения Ньютона, -- идеи, которые, как выяснилось после 1960 года, оказались неправильными”. И далее, поясняя эту мысль, И.Пригожин пишет: “Детерминизм, долгие годы казавшийся синонимом научного познания, в настоящее время сведен до положения свойства, справедливого только в ограниченном круге ситуаций. Кроме того, вероятности, которые Больцман считал воплощением нашего незнания, обретают объективный смысл”.
В этой статье я попытаюсь рассмотреть проблемы, с которыми столкнулись концепции детерминизма, принятые до сих пор в точном естествознании, и предложить философские основания понимания причин самоорганизации, выдвинутых Ильей Пригожиным.
Как известно, среди всех видов причинности, выделявшихся еще Аристотелем, физика Нового времени использовала лишь действующую причину. Более того, в динамических законах классической физики была выражена наглядная причинность обыденного сознания, когда одно событие (причина) влечет за собой другое событие (следствие). При этом состояние физической системы в физической теории описывалось через наблюдаемые величины.
При всех изменениях, произошедших в понимании причинности в ходе осознания результатов первой научной революции ХХ века (причинность стала вероятностной, теоретическое описание состояния физических систем лишь опосредованно связано с наблюдаемыми величинами и т.д.), только нынешняя научная революция покончила с пережитками Лапласовского детерминизма. Об ограниченном значении такого детерминизма и говорил И.Пригожин в вышеприведенном высказывании. Общепринятой концепции детерминизма в философских основаниях синергетики пока нет, хотя и естественнонаучные и философские предпосылки для адекватного понимания причин самоорганизации, на мой взгляд, уже налицо.
Для того чтобы обсуждать вопрос о причинах самоорганизации, рассмотрим, возникновением чего, собственно, является самоорганизация с точки зрения синергетической картины мира. Илья Пригожин, много сделавший для формирования нового взгляда на мир, называет сложность, темпоральность и целостность его определяющими чертами. Самоорганизация может быть определена как возникновение (становление) нового целого, образованного сложным, но согласованным поведением составляющих элементов исходной среды. Начальным пунктом возникновения чего бы то ни было нового при самоорганизации является возникновение целостности исходной среды, что проявляется в возникновении набора возможностей дальнейшего выбора посредством крупномасштабных флуктуаций.
Рассматривая предложенное Пригожиным понимание причин самоорганизации, я собираюсь продемонстрировать незамеченную им самим возможность нового использования старых философских изобретений. Я использую понятие философского изобретения в том смысле, который придал этому выражению Мераб Мамардашвили, писавший, что “есть некие теоретические структуры мысли (и они – самые интересные в истории философии), которые фактически свободны, в том числе и от интерпретации их самими изобретателями структур”. На мой взгляд, понимание Пригожиным причин самоорганизации актуализирует гегелевскую категориальную структуру, представляющую формирование причины на определенном основании и при определенных условиях.
Илья Пригожин, рассматривая самоорганизацию диссипативных структур как порядок через флуктуации, именно крупномасштабные флуктуации, случайно выбираемые в точке бифуркации варианты дальнейшего пути развития системы, рассматривал как причину нового порядка. Это понимание причинности применительно к процессу самоорганизации, на мой взгляд, не было должным образом понято и оценено.
Сплошь и рядом в методологической литературе, посвященной причинности в синергетике, можно прочесть о так называемом “слабом детерминизме”. В этом случае в качестве причины самоорганизации пытаются рассматривать предыдущее по отношению к бифуркации состояние среды. Сказывается привычка использовать понятие причинно-следственных отношений так, как оно рассматривалось в линейной физике, будучи выраженным через однозначную связь прошлого и будущего состояний физической системы, осуществляемую физическим сигналом, распространяющимся с конечной скоростью. Понятно, что в таком контексте ничего другого не остается, как констатировать отсутствие однозначной связи, когда при плавном изменении управляющего параметра график решения нелинейных уравнений разветвляется в особой точке. Однако никаких оснований рассматривать предыдущее состояние как причину последующего здесь нет. Состояние среды перед первой бифуркацией еще даже не нелинейно. А без нелинейности нет самоорганизации.
Между тем Илья Пригожин в качестве причины возникновения порядка из хаоса рассматривает не состояние, предшествующее бифуркации, а флуктуации по отношению к средним значениям, характеризующим термодинамический хаос, которым является это предшествующее состояние. Хочется еще раз подчеркнуть, что речь идет о крупномасштабных флуктуациях, о вариантах так называемого “дальнего порядка”, возникающих в среде в точке бифуркации, когда средние значения вообще перестают существовать. Эти флуктуации, являются, собственно, новым порядком, возникшим и поддерживаемым в условиях сильной неравновесности среды. Их не следует путать, как это часто бывает, с “шумом”, внешним или внутренним, с малыми случайными воздействиями, которые могут повлиять на выбор варианта развития. Такие случайные воздействия иногда называют “малыми причинами больших следствий”. И это тоже довольно типичная путаница в понимании причинности в синергетики.
Если же серьезно воспринять мысль Пригожина, ситуацию бифуркации следует рассматривать как ситуацию формирования причин, ведь именно в этой ситуации появляются варианты дальнего порядка, флуктуации как причины порядка. В этом случае причина равна действию, как и должно быть в соответствии с многовековой разработкой понимания причинности в мировой философской мысли. Ведь действием этой причины оказывается само существование новой самоорганизующейся диссипативной структуры.
Вот только новая необходимость, т.е. закон существования этой структуры, включает в себя случайность выбора одного из возможных вариантов самоорганизации. Гегель называл такую необходимость, содержащую в себе случайность, реальной необходимостью, рассматривая в “Науке логики” формирование причины. Таким образом, случайный выбор предшествует возникновению действующей причины. Нелинейность среды при этом может быть рассмотрена как основание самоорганизации, а критическое значение управляющего параметра как ее условие. Двойная детерминация основанием и условиями определяет возникновение флуктуации как действующей причины становления нового целого. По Гегелю, субстанция играет роль причины, поскольку она имеет мощь “порождать некое действие, некую действительность”.
Такое понимание дает возможность избежать парадоксального рассмотрения событий, подобных крику в горах, как причины возникновения лавины. Образование нелинейного состояния снежного покрова или россыпи камней как основания формирования лавины придает случайному событию, такому, как крик в горах, значение критического условия случайного выбора одной из возможных причин и, соответственно, ее действия.
Как ни странно, такое рассмотрение находится в полном соответствии с пониманием действующей причины в классической физике, физике Галилея и Ньютона. Как известно, они считали, что причина нужна только для изменения состояния движения, и эта причина – сила. Чтобы изменить состояние механического движения, нужна энергия. Такова же ситуация и в нелинейной области. Чтобы образовать новую структуру, необходима мощь потоков энергии, поступающих в среду или производимых ею. Эта энергия, делающая среду нелинейной, и является основанием для возникновения причин, способных произвести соответствующие действия. Малое случайное воздействие может повлиять на выбор одной из флуктуаций в критическом неравновесном состоянии, но не оно определяет сам набор возможных флуктуаций.
Поскольку нелинейные уравнения имеют несколько решений, теоретическое описание должно включать информацию о случайном выборе, осуществленном системой в особых точках, или о реализации каждого из них, когда это имеет место. Теоретическая реконструкция возможных вариантов выбора выступает в качестве объяснения в отличие от теоретического описания. Т.е. объяснение в нелинейных теориях осуществляется только для сферы возможного.
Связь теоретического объяснения с реконструкцией набора возможностей не является новостью, во всяком случае, в физике. Не только квантовая, но и классическая статистики реконструируют состояния физической системы, связываемые законом, как набор возможностей. Специфика нелинейной ситуации определяется соотношением необходимого и случайного и может быть прояснена обращением к философским основаниям науки. Вкратце различие таково. В статистических законах необходимость очерчивает круг возможного, и случайность осуществления любой из возможностей оказывается проявлением необходимости.
Случайный же выбор в точке бифуркации – это выбор между новыми необходимостями, дополнительными по отношению к необходимости, существовавшей до особой точки, и выраженной, например, термодинамической кривой. Совсем не то же самое иметь устойчивый и предсказуемый разброс значений в проявлениях линейного статистического закона или непредсказуемый случайный выбор между разными путями эволюции, с нелинейным раздуванием различий.
Казалось бы, наилучшим способом для более глубокого понимания происходящих процессов самоорганизации и их причин, было “распаковать” точку бифуркации и рассмотреть движение элементов среды в переходном процессе, когда они обнаруживают себя в зоне притяжения тех или иных аттракторов (участвуют в одной или другой из возможных крупномасштабных флуктуаций). Аттрактор -- от английского слова “притягивать” -- это состояние, к которому стремится разворачивающийся процесс. Так, для маятника с трением аттрактором является остановка в положении равновесия, а для маятника без трения – бесконечные гармонические колебания вокруг этого состояния. А в нелинейных процессах, где различия усиливаются (как в автокаталитических реакциях, производящих собственный катализатор), не только могут существовать разные аттракторы для разных процессов, но и разные аттракторы на разных стадиях одного и того же процесса.
Случайное присутствие в зонах притяжения разных аттракторов для каждого из элементов среды определяется начальными условиями на момент выхода из предыдущего хаотического состояния. И хотя такие начальные условия для отдельных элементов среды являются результирующей взаимодействий частиц в их предыдущем по отношению к самоорганизации хаотическом движении, ситуация не может быть понята на основе принципа редукции к микроскопическому состоянию системы. Сами аттракторы как варианты дальнейшей нелинейной динамики появляются только при переходе среды в нелинейное состояние и определяются не только состоянием среды, но и граничными условиями ее существования. Т.е. речь идет о становлении целостности во всем многообразии ее оснований и условий, детерминирующих поведение параметра порядка в каждой точке путем случайного выбора одной из возможных причин.
В динамическом (детерминированном) хаосе каждая точка фазового пространства является особой точкой, т.е. точкой возникновения причины, и каждый шаг нелинейной динамики связан со случайным выбором возможных вариантов. Детерминация каждого шага нелинейной динамики итерационными формулами, не дает возможности для долгосрочных прогнозов в связи с усилением в силу нелинейности малых отклонений в начальных значениях параметров (такие малые отклонения всегда существуют, хотя бы за счет квантовых флуктуаций).
На мой взгляд, хотя корректное использование понятия действующей причины для описания хаотического поведения возможно, неосуществимость долгосрочных прогнозов делает его малоэффективным. Образование же фракталов в зоне конкуренции разных аттракторов и их упорядоченность, подобная той, которая задается множеством Мандельброта, требует объяснения, но неизвестно, в терминах ли каузальности оно может быть дано.
Тем не менее адекватное понимание детерминации в нелинейной динамике является единственно верным ориентиром в попытках людей повлиять на становление самоорганизующейся системы, например, малым воздействием способствовать выходу системы на благоприятный сценарий самоорганизации Не менее важно понимать, что необходимо удерживать условия, при которых возможно продолжение динамически устойчивого существования устраивающей нас диссипативной структуры, будь то часть нашего собственного организма, экологическая ниша, в которой мы существуем, или жизнеспособная экономическая система.
Диссипативная структура как целое относительно стабильна при выходе на некий характерный для данной среды устойчивый аттрактор, (ему может соответствовать предельный цикл в соответствующем фазовом пространстве). Процесс его воспроизведения – это вновь и вновь повторяющееся становление с точки зрения известного результата. Повторение не буквальное, диссипативная структура “забывает” начальные условия своего становления, но она воспроизводит себя, лишь если сохраняются условия, при которых это возможно.
Однако, эти условия могут разрушаться самим существованием нелинейной системы. Так, автокаталитические реакции, производящие собственный катализатор, ускоряющимися темпами исчерпывают запасы реагентов, приближая собственный конец, если запасы реагентов не пополняются. Такое пополнение может осуществляться искусственно в лабораторной установке или естественно за счет обмена веществ в организме, но ни в том, ни в другом случае не может быть вечным. Таким образом, целостность связана с темпоральностью в смысле временности, преходящести существования и в том случае, когда система способна к динамической устойчивости. Целостность и темпоральность как черты самоорганизующихся систем тесно связаны со сложностью как увеличением упорядоченности, поскольку самопроизвольное возникновение новых структур в неравновесных средах сопровождается локальным уменьшением энтропии за счет передачи произведенной в самоорганизующейся системе энтропии в среду.
Нелинейные самоорганизующиеся системы образуются в результате случайного выбора одного из возможных вариантов самоорганизации и при дальнейшем изменении управляющих параметров уступают место другим структурам, образующимся на дальнейших этапах самоорганизации (например, турбулентности в потоке жидкости могут дробиться). Однако, после нескольких разветвлений (бифуркаций) нелинейные динамические процессы входят в состояние динамического хаоса. И вот тогда образуются по-настоящему сложные структуры (фракталы) в пограничных зонах конкуренции разных аттракторов.
Сложность – неизбывная черта этих нелинейных динамических систем с дробной размерностью. Их нельзя представить в виде комбинации простых элементов, поскольку они обладают масштабной инвариантностью, и переход к меньшим масштабам обнаруживает не простые составляющие, а те же сложные структуры.
Таким образом, развитие, понятое как спонтанная естественная самоорганизация, может быть связано с устойчивостью только как переход от одних относительно устойчивых систем к другим, при том, что на последующих фазах разворачивания нелинейного динамического процесса осуществляется не переход к очередному выбору среди возможных устойчивых структур, а тот или иной сценарий вхождения в хаос.
Принципиальная непредсказуемость случайного выбора вариантов развития в каждой из особых точек и возможность повлиять непредсказуемым образом на этот выбор в процессе исследования в силу чрезвычайно высокой чувствительности в этих точках открытых неравновесных нелинейных сред также усугубляет положение наблюдателя, зачастую являющегося элементом самоорганизующихся систем, в частности, экологических .
На этом можно было бы закончить, поставив в ряд катастрофических экологических и социальных прогнозов еще один, синергетический. Однако, та же нелинейность, которая так затрудняет возможности понимания, создает условия, при которых линейные предсказания катастроф, неизбежных при разворачивании отдельно взятой тенденции, отменяются игрой случайностей в конкуренции разных тенденций на нелинейной среде со многими притягивающими центрами. Философия же, хотя и не может обеспечить благоприятный сценарий выживания, может все же содействовать выработке адекватных средств осмысления ситуации и рационального (не в смысле классического идеала рациональности) действия в ней.
На мой взгляд, сценарии выживания применительно к локальному масштабу динамически стабильного существования отдельных экосистем, учитывая антропогенные, техногенные и социогенные факторы их становления и воспроизведения, и применительно к глобальному масштабу выживания человечества на планете Земля окажутся принципиально разными, поскольку разные типы сложных систем необходимо привлекать для синергетического моделирования процессов, столь различных по своему масштабу.
Здесь я буду говорить лишь об устойчивых вариантах самоорганизации, благоприятных для человечества. Существуют ведь и другие значительно менее устойчивые и менее благоприятные ее варианты, такие как самоорганизация в толпе в моменты социального взрыва или самосуда. Проблема соотношения организации и самоорганизации, весьма непростая для человеко-размерных систем, требует отдельного обсуждения.
Итак, применительно к поддержанию устойчивого существования (гомеостазиса) в локальном (региональном) масштабе, синергетика может предложить модель открытых диссипативных структур. Локальное уменьшение энтропии, связанное с их самоорганизацией, самоподдерживается за счет передачи произведенной в них энтропии породившей их среде и получению от этой среды энергии и вещества с низкой энтропией. При этом существует как бы энтропийная плата за самоорганизацию: при наличии в среде самоорганизующихся структур энтропии производится значительно больше, чем в их отсутствие. Так что поддержание порядка в одном месте непременно сопровождается с его уменьшением в другом. Речь идет прежде всего о беспорядке в термодинамическом смысле этого слова, т.е. о переходе энергии в такую форму, когда она уже не может выполнять работу. Так что даже в случае, когда мусор собирается и перерабатывается, на это уходит энергия, производство которой также связано с увеличением энтропии, которая должна быть отдана планетой в окружающее космическое пространство. Опасность парникового эффекта. состоит как раз в затруднении этого процесса.
Таким образом, человек может поддерживать гомеостазис локальных структур, созданных и поддерживаемых живой природой, ограничивая собственное разрушительное воздействие на них, как это происходит, например, в заповедных зонах, т.е. удерживая условия их существования в необходимых для их периодического воспроизведения границах. Такие специальные усилия требуют специальных затрат и могут входить в противоречие с потребностями живущих в соответствующих регионах народов, традиционный способ производства которых в условиях демографического роста, обусловленного даже минимальным приобщением к достижениям цивилизации, может оказаться не менее разрушительным для среды, чем техногенные факторы. Так что если не развитие, то устойчивость локально может быть обеспечена, хотя и не без издержек в глобальном масштабе.
Коль скоро ситуацию можно интерпретировать как нелинейную и разворачивающуюся по сценарию вхождения в хаос, то здесь открываются возможности образования сложных систем типа фракталов в зоне конкуренции разных аттракторов нелинейной хаотической динамики. Следует, однако иметь в виду, что такая динамика может иметь место только для параметров порядка, т.е. в ситуации, основанной на предыдущей самоорганизации. Уже существующее кооперативное (когерентное) движение многих элементов среды и характеризуется параметром порядка. Когда такая согласованность исчезает, разрушается сама среда, порождающая самоорганизацию сложных систем в динамическом хаосе.
То есть для того, чтобы корректно ставить вопрос о самоорганизации в нелинейных средах, следует правильно определять, о какой среде идет речь, учитывать иерархичность уровней, на которых происходит самоорганизация. Это даст возможность говорить о переходных процессах на одном уровне без утраты состояния гомеостазиса на другом. Тогда можно применять понятия параметров порядка и управляющих параметров, и определять возможности влияния на процессы самоорганизации адекватно пониманию их природы.
Так, кажется естественным считать элементами социальной среды отдельных людей, а факторами, определяющими нелинейность такой среды, наличие у людей сознания, эмоций, интересов и т.д. Это безусловно верно, если говорить о базовом уровне .самоорганизации в обществе, хотя и здесь нельзя не иметь в виду культурно-историческую определенность этих сознаний, эмоций и интересов. То, что может вызвать панику или возмущение в одной толпе, оставит безразличной другую.
Однако, для других, более высоких видов самоорганизации, элементами среды являются семьи, племена, партии, государства и другие формы самоорганизации человечества. Так, несхожесть политических процессов в западных демократиях и на пост социалистических просторах связана не только с нашей неправильной ментальностью (отсутствием протестантской этики и наличием патриархальных пережитков, например), но и с тем, что происходят эти процессы на разных средах. Самоорганизация политических партий создает элементы той среды, на которой возможна в принципе желаемая политическая самоорганизация. Так для самоорганизации некоторых видов квазичастиц (экситонов, например) нужна не любая совокупность молекул, а организованная структура твердого тела.
При учете такой иерархичности сред, когда элементы среды среднего уровня обеспечиваются предыдущей самоорганизацией на микро-уровне и протекают в условиях, определяемых состоянием дел на мега-уровне, открывается принципиальная возможность различать состояния этих разных сред. Речь идет об уровне их нелинейности, выходе на переходные состояния к самоорганизации устойчивых структур или к вхождению в динамический хаос, способный порождать в конкурентной игре тенденций движения к разным аттракторам неожиданные, но сложные системы.
Так, война характеризуется нелинейностью в межгосударственных отношениях и ограниченной организованностью поведения отдельных людей в армии и военной промышленности. А во время уличных беспорядков нелинейной самоорганизации толпы может быть (до поры до времени) противопоставлена организация на уровне государства или даже на международном уровне (миротворцы).
Знания о природе самоорганизации по крайней мере на методологическом уровне, на наших глазах превращается в условие выживания человечества. Поэтому понятия, используемые мировым сообществом, для перехода из идеологической сферы благих пожеланий в сферу реальных действий должны пройти проверку в контексте синергетических представлений. Важность адекватных философских оснований этих представлений также сложно переоценить.
Так, перенос акцента с поисков готовых причин самоорганизации на их формирование открывает возможность обратиться к сокровищнице мировой философской мысли и использовать мощную категориальную структуру детерминации, созданную Гегелем в ходе рефлексии над историей философии специально для применения ее к процессам становления и развития. Неудивительно, что она оказалась так уместна при рассмотрении детерминации основанием и условиями процессов самоорганизации, понятых как становление нового целого. В то же время сохранение понятия действующей причины, пусть и взятой в ее формировании, оставляет такое рассмотрение в традиции развития естественнонаучного познания Нового времени, что также немаловажно, если речь идет о научном рационализме наших дней.
Опубликовано 18 февраля 2005 года
Новые статьи на library.by:
ФИЛОСОФИЯ:
Комментируем публикацию: Причинность в синергетике: спонтанное возникновение действующей причины
подняться наверх ↑
ССЫЛКИ ДЛЯ СПИСКА ЛИТЕРАТУРЫ
По стандарту ВАК Республики Беларусь
Стандарт используется в белорусских учебных заведениях различного типа.
По ГОСТу Российской Федерации
Для образовательных и научно-исследовательских учреждений РФ
Прямой URL на данную страницу для блога или сайта
Полностью готовые для научного цитирования ссылки. Вставьте их в статью, исследование, реферат, курсой или дипломный проект, чтобы сослаться на данную публикацию №1108679802 в базе LIBRARY.BY.
подняться наверх ↑
ПАРТНЁРЫ БИБЛИОТЕКИ рекомендуем!
подняться наверх ↑
ОБРАТНО В РУБРИКУ?
Уважаемый читатель! Подписывайтесь на LIBRARY.BY в VKновости, VKтрансляция и Одноклассниках, чтобы быстро узнавать о событиях онлайн библиотеки.
Добавить статью
Обнародовать свои произведения
Редактировать работы
Для действующих авторов
Зарегистрироваться
Доступ к модулю публикаций