Синергетика як нове світобачення
Слово "синергія" означає "спільну узгоджену дію". Г. Хакен назвав синергетикою науковий напрям, що з'явився в останній третині XX ст., оскільки цей вчений вивчав, як спільна дія елементів нелінійного середовища породжує нові структури, тобто як відбувається самоорганізація.
У більш широкому сенсі термін "синергетика" відносять до вивчення всієї предметної сфери нелінійної науки: не лише до самоорганізації як до формування порядку із хаосу, але і до динамічно стійкого існування систем, що самоорганізуються, і до входження їх у стан динамічного хаосу, і до виникнення складних структур у цьому стані.Як з'ясувалось, сценарії самоорганізації на всіх її фазах подібні для систем різної природи, й синергетична науково-дослідницька програма виявилась загальнонауковою (тут замість звичного поняття "міждисциплінарність", яке стало надто вузьким, вживають термін "трансдисциплінарність"). За влучним визначенням Хакена, "синергетика росте звідусіль", і як тільки наука підходить до вивчення критичних і закритичних станів досліджуваних систем, вона опиняється у предметній сфері синергетики.
Консолідуючись, нова наукова спільнота, що виходить за звичні межі наукових дисциплін, використовувала різні імена й назви для самовизначення в міру розширення предметних сфер застосування нелінійних методів. Синергетика (Г. Хакен), нерівноважна термодинаміка і теорія дисипативних структур (І. Пригожин), авто коливання в хімічних реакціях (Б. Білоусов і Д. Жаботинський), гіперцикли й ав- токаталітичні реакції в живій матерії (М. Ейген), автопоезіс в органі- змічних структурах (У. Матурана і Ф. Варела), теплові структури у плазмі (Б. Кадомцев і С. Курдюмов), детермінований хаос (Е. Лоренц), фрактали (Б. Мандельброт), нелінійна динаміка й теорія катастроф (Я. Сінай, В. Арнольд, Р. Том), феномени самоорганізації в соціальних системах (Н.
Луман). При цьому під назвою синергетичної парадигми об'єднуються і реалізація власне науково-дослідницької програми синергетики, включаючи застосування нелінійних математичних методів, і загальний синергетичний підхід у його світоглядному і методологічному виразі. Такий підхід виявляє свою евристичність, навіть коли синергетичні образи набувають дещо метафоричного характеру на перших етапах застосування синергетики до так званих людино- вимірних систем. Однак, якщо цей підхід вдається довести до рівня математичного моделювання, синергетичні моделі складних еволюціонуючих систем різної природи виявляють повну подібність, попри різноманітність самих цих моделей.У синергетиці самоорганізація складної системи розглядається як утворення (за рахунок упорядкування руху елементів середовища) нового цілого, значно більшого за масштабами, ніж ці елементи У фізиці чи хімії йдеться про становлення макроскопічних структур з мікроскопічних елементів, які, рухаючись впорядковано (когерентно), утворюють із себе частини нового цілого. Такими є турбулентності у швидкоплинному потоці рідини, автоколивання в хімічних реакціях. У біологічних процесах мова може йти не лише про мікроскопічне та макроскопічне, а й про різні масштаби макроскопічного. Так, у коливанні кількості хижаків і жертв (у певному ареалі їх співіснування) елементи середовища - члени популяцій (наприклад зайці та рисі) - макроскопічні тварини. Проте екологічне ціле, яке вони утворюють, значно більше за них за своїми просторово-часовими масштабами.
При цьому, як свідчить нерівноважна термодинаміка Пригожина, при самоорганізації ентропія локально зменшується за рахунок передачі відкритою системою виробленої ентропії середовищу. Таким чином, загальна ентропія середовища зростає, тобто виконується другий закон термодинаміки (нерівноважна термодинаміка пов'язана з класичною термодинамікою принципом відповідності).
Засновком появи таких великомасштабних утворень є нелінійність середовища. У чому сенс цього терміна? Доки інтенсивність взаємодії між елементами середовища невелика, процеси в ньому описуються лінійними рівняннями, такими, де між змінними величинами існує лінійна (не вище першого порядку величини) залежність.
Саме такі залежності вивчала класична фізика. Саме до таких залежностей нас привчила шкільна освіта. Так, процес розповсюдження тепла за невеликих температур описується лінійним чином і приводить до звичного для нас рівномірного нагрівання всього фізичного тіла. У плазмі ж, де температури величезні й, відповідно, діють нелінійні закономірності, рівномірного розподілу не відбувається, а навпаки, утворюються теплові локальні структури. Тобто найбільш нагріта плазма збирається разом, причому ті структури, які розвиваються найшвидше, підпорядковують собі всі елементи середовища. Так діє синергетичний принцип підлеглості.Більше того, хоч система, що самоорганізується, здатна підтримувати свою динамічну сталість попри досить великі збудження, в ситуації біфуркації вона може реагувати на найменше збудження резонансним чином. При цьому дуже мала за енергією дія може справити значний вплив на подальшу долю системи. Саме ця властивість процесів самоорганізації відкриває широкі можливості для цілеспрямованої дії людини. Водночас ця властивість підвищує відповідальність за ці дії, зростає і ризик людського існування.
Редукція (зведення) системи до елементів і взаємодій між ними - провідний пояснювальний принцип класичної фізики, що абстрагується від процесів становлення своїх об'єктів. Як уже зазначалося, синергетичні теорії самоорганізації засновані на принципі підлеглості (Г. Хакен), протилежному принципу редукції. Рух елементів середовища стає у процесі самоорганізації узгодженим, колективним (когерентним), підкорюючись вираженому параметром порядку становленню цілого, яке формує з наявних елементів середовища свої частини. Таким чином виникає ефективна великомасштабна далекодія, не пояснювана на основі короткодіючих сил, що пов'язують елементи середовища, хоч і неможлива без них. Наприклад, хвиля цунамі (зрозуміла з погляду теорії самоорганізації як усамітнена хвиля) зберігає свою форму, відповідну формі дна на мілкій воді, де вона утворюється.
Таку поведінку хвилі як великомасштабного цілого, що самоорганізується, не можна зрозуміти на базі принципу редукції, оскільки молекули води, і залучені до цунамі, і ті, що залишаються за її межами, не розрізняються, як і вандерваальсові сили, які визначають міжмолекулярну взаємодію в масштабах, незіставно малих порівняно з далеким порядком, який визначає ціле, поки воно не руйнується.Виникнення нового цілого передбачає можливість розрізнення минулого й майбутнього, тобто цілісність тісно пов'язана з темпоральніс- тю як незворотністю змін. На рівні теорії ця незворотність виражається у відсутності інваріантності нелінійних рівнянь, що мають кілька рішень, до зміни знаку часового параметра на протилежний. Розгалуження (в найпростішому випадку роздвоєння - біфуркація) на графічному зображенні нелінійної динаміки процесів самоорганізації наочно демонструє можливість розрізнення минулого й майбутнього, тобто незворотність (якщо на осі абсцис відкладений часовий параметр).
Риси цілісності виникають у систем, що самоорганізуються, у процесі їх становлення й зберігаються, якщо система, яка постала, виявляється стійкою. Стійким атрактором для систем, що самоорганізу- ються, є граничний цикл, який зображує на фазовому портреті періодичні процеси. Це процеси відтворення цілого щодо відомого результату. Вони не буквально повторюють процес становлення, оскільки відкрита структура, що самоорганізується і здатна до самовідтворення, існує за рахунок дисипації енергії ("дисипативна структура") і, взаємодіючи весь час із середовищем, "забуває" початкові умови. Розгляд стійкості таких систем як динамічної стійкості періодичних процесів їх самовідтворення дозволяє застосувати до них поняття цілого в його діалектичному розумінні, тобто як таке, що визначає у процесі становлення свої частини, але не зводиться до них.
Таке стійке існування має місце доти, поки зберігаються потрібні умови, проте їх може зруйнувати саме існування нелінійної системи.
Так, автокаталітичні реакції, які виробляють власний каталізатор, прискореними темпами вичерпують запаси реагентів, наближаючи власний кінець, якщо ці запаси не поповнюються.Таке поповнення може здійснюватися штучно в лабораторній установці або природно за рахунок обміну речовин в організмі, але ні в тому, ні в іншому випадку воно не може бути вічним. Таким чином, цілісність пов'язана з темпоральністю в сенсі тимчасовості, перехідності існування і в тому випадку, коли система здатна до динамічної стійкості. Цілісність і темпоральність як риси систем, що самооргані- зуються, також пов'язані зі складністю як зі збільшенням впорядкованості, оскільки спонтанне виникнення нових структур у нерівно- важних середовищах супроводжується локальним зменшенням ентропії за рахунок передачі виробленої ентропії в середовище.
Цілісність, темпоральність і складність - так характеризує І. Пригожин основні ознаки нового (нелінійного, синергетичного, постнек- ласичного) погляду на світ.