Московский международный синергетический форум
Новости
Автопоэзис
Поиск
Книги
О Форуме
Общество
Наука
Фракталы
Философия
Люди
Московский международный синергетический форум / Общество / Сложные системы и нелинейная динамика в природе и обществе.

Rambler's Top100

Сейчас на сайте: 23

Сложные системы и нелинейная динамика в природе и обществе.

Елена Князева

 

В небольшом немецком городке Гюнцбурге в верховьях Дуная в октябре 1997г. состоялась первая конференция Немецкого общества сложных систем и нелинейной динамики (Deutsche Geseltschaft fuer Komplexe Systeme und NichtlineareDynamik). Это общество было создано около года тому назад с целью развития научного сотрудничества между специалистами различных областей естественнонаучного, медицинского, технического, социального и гуманитарного знания. Во всех этих областях используются сегодня теории нелинейных динамических систем, в первую очередь синергетика и теория хаоса. Разработанные в синергетике модели и понятия перешагнули границы конкретных дисциплин и обладают высокой эвристической значимостью. Создание новой междисциплинарной структуры, по замыслу организаторов, призвано содействовать достижению эффекта синергии, взаимного стимулирования исследований хаоса, сложности и самоорганизации с позиций разных дисциплинарных областей.

Почетным председателем Общества сложных систем и нелинейной динамики избран профессорГ. Хакен, директор Института теоретической физики и синергетики Университета Штутгарта. Около тридцати лет назад Г. Хакен предложил сам термин"синергетика",получивший признание в определенных научных кругах Германии и в последние10-15 лет ставший широко использоваться в России. На конференции вставал даже вопрос о том, что уже пришло время заняться написанием истории синергетики.

Председателем этого Общества является профессор К. Майнцер, заведующий кафедрой философии и теории науки в Университете Аугсбурга. Его книга о новом нелинейном,синергетическом мышлении вышла уже третьим изданием.

Хотя философия не упоминалась в предложенной для обсуждения программе, дух философии витал в самом воздухе конференции. А что иначе может объединять представителей самых разных научных дисциплин, собравшихся для обсуждений водном зале? Именно философские основания и общая методология - синергетический подход - их научных изысканий.

Во вводном докладе К. Майнцер выдвинул ряд аргументов в защиту нелинейного мышления по всему спектру научных изысканий, от квантовой механики до изучения истории человечества. Каждый свой аргумент он поместил в исторический контексти показал, что нелинейная методология имеет корни в историко-философских спорах овеществе, жизни и уме. Лейбниц может быть причислен к пионерам теории сложных динамических систем. Он предполагал, что существует иерархический порядок в природе с непрерывной шкалой сложности от мельчайших строительных блоков ("монад") до сложных организмов."Каждое органическое тело живого существа представляет собой своего рода божественную машину или естественный автомат, бесконечно превосходящий все искусственныеавтоматы", -писал Лейбниц в "Монадологии". В конце XVIII в. Кант в "Критике способностисуждения" ставит под сомнение возможность применения механики для понимания сущности живого.Организм не может быть машиной, так как машина имеет только движущую силу, тогдакак организм также и организующую силу. Организм должен описываться моделью "Самоорганизующегося существа".

Специалисты в области теории хаоса в физике приходят к ряду интересных заключений философского характера. 3. Гроссман подчеркнул, что нелинейная динамика сложных систем является для нас источником нового дуализма. Если квантовая механика установила дуализм волновых и корпускулярных свойств микрообъектов, то нелинейная динамика открыла дуализм детерминированного и стохастического. Сложные структурныеобразования в природе являются одновременно и детерминированными, и стохастическими.

П. Грассбергер, рассматривая роль анализа временных рядов в нелинейной динамике, сделал вывод о том, что детерминированный хаос красив, но не практичен. Кроме того, для наблюдения и исследования феноменов нелинейности часто требуются и весьма помогают "линейные очки". Прежние хорошо разработанные методы линейного анализа, линеаризации применимы - в определенных границах - и для изучения нелинейной динамикисложных структур.

Удивительные феномены самоорганизации, самосборки сложных молекул изучаются в химии. Химия, по словамА. Мюллера, по сути дела устанавливает связи между микро-космом и макрокосмом, изучает еще во многом неизвестный нам мезокосм. Современные исследования подтверждают мысль, высказанную еще Д. Юмом: "Ничто изтого, что мы воображаем, не является абсолютно невозможным". Богатство виртуальной реальности человеческого воображения находит новые и новые реализации с помощью современной техники химического эксперимента. С возрастанием сложности системы увеличивается разнообразие ее функций и возможных стабильных состояний. Иными словами, сложные структуры и формообразования мультифункциональны и мультистабильны.

Основными процессами в мире живого являются процессы роста и формообразования. Причем весьма распространены процессы быстрого, автокаталитического роста, управляемые нелинейной положительной обратной связью. В динамике популяций, как показал в своем докладеП. Шустер, есть фазы быстрого, стремительного роста, которые сменяются стохастическим процессом развития ("random walk")

В докладе X. Майнхардта были продемонстрированы механизмы эволюции и само-структурирования на примере роста моллюсков и улиток. Важнейшей моделью при этом является модель активатор - ингибитор, двух антагонистических компонентов эволюции. Активатор приводит к ускорению течения процессов, часто с нелинейной положительной обратной связью, а ингибитор - к замедлению быстрого роста. Сложная игра этих двух противоположно направленных факторов, которую Майнхардт сравнивает с игрой в"кошки-мышки", имеет место в каждой локальной области растущих формообразований и приводит к удивительным узорам живого. Результаты исследований Майнхардта представлены в его недавно вышедшей книге.

Многие докладчики рассматривали в качестве примеров различные аспекты функционирования человеческого организма. Для нормального функционирования практически всех систем жизнедеятельности человека характерен некий промежуточный режим между хаосом и порядком, режим детерминированного хаоса. Дыхание человека, биение его сердца, кроветворение, ритмы сна и бодрствования, гормональные ритмы, психическое равновесие- для всех этих процессов свойственна определенная мера хаоса, необходимая для поддержания здоровья человека.

К примеру, аритмия сердца опасна, но не менее опасны чрезмерно упорядоченные ритмы биения сердца, которые также свидетельствуют о его болезни. Слишком регулярно бьющееся сердце не способно гибко реагировать на изменяющиеся внешние условия, его адаптационные способности снижаются. Ученые приходят сегодня к заключению,что здоровье - это тонкий баланс между хаосом и порядком.

Применяя теорию динамических систем к медицине, У. ан дер Хайден предложил и активно развивает понятие "динамическая болезнь". Человеческий организм является самовоспроизводящейся, самоподдерживающейся системой. Теории хаоса и нелинейной динамики играют сегодня практическую роль в распознавании и лечении болезней, в частности, в предупреждении острых приступов болезней. Неслучайно на конференции присутствовали также врачи- психотерапевты. Вопрос заключается в том, сколько хаоса нужно человеку, чтобы оставаться здоровым; сколько хаоса может вынести человеческий организм, чтобы не заболеть; когда хаотические колебания нормальны, когда опасны.

В докладе Г. Хакена рассматривался вопрос об истории развития синергетики. В 1997 г. исполнилось 25 лет со времени проведения первого международного симпозиума по синергетике. Этот симпозиум состоялся в 1972г. в замке Эльмау (Бавария).Трое из его участников присутствовало и на нынешней конференции: сам Г. Хакен,3. Гроссман, занимающийся теорией хаоса в физике, и В. Вайдлих, развивающий синергетический подход в социологии (описание процессов формирования общественного мнения, конкуренции предприятий и т.д.). Были опубликованы материалы этого симпозиума.

Однако начало синергетики и введение самого термина "синергетика" датируется раньше. Это начало было положено совместной работой Г. Хакена и Р. Грехема по изучению излучения лазеров в 1968-70гг.. Была установлена аналогия между генерацией когерентного излучения лазера вблизи порога возбуждения и фазовым переходом второгода, и возникло понимание синергетических, кооперативных эффектов впроцессах спонтанного формирования макроскопических структур, т.е. самоорганизации.

Г. Хакен отметил особенности своей собственной эволюции: от строгой физики он перешел к исследованию мозга и поведения человека, к психологии человеческого восприятияи познания мира. В своей недавней книге "Принципы функционирования мозга" он предлагает новое понимание нейрофизиологической активности человека, основанное на результатах синергетики. Мозг рассматривается как сложная самоорганизующаяся система с эмерджентными свойствами.

Представляет несомненный интерес еще одна недавняя публикация - коллективная монография "Вещество вещества", в которой рассматривается работа мозга-ума на различныхуровнях организации, от микроскопического (нейродинамика) до макроскопического(психология и когнитивные науки). В этой книге опубликована также статья Хакена "Синергетика мозга".Г. Хакен дал краткую характеристику синергетического подхода как такового и очертил перспективы его применения к психологии. Каков угол зрения синергетики? Что общего обнаруживается при исследовании систем самого различного рода, природных и социальных? Общее - это спонтанное образование структур ("Strukturbildung"), качественные измения на макроскопическом уровне, эмерджентное возникновение новых качеств, процессы самоорганизации в открытых системах. Отличие синергетического взгляда от традициолного, по мнению Хакена, состоит в переходе от исследованияпростых систем к сложным, от закрытых к открытым, от линейности к нелинейности, от рассмотрения равновесия и процессов вблизи равновесия к делокализации и нестабильности,к изучениютого, что происходит вдали от равновесия.

Спонтанно возникающие макроскопические структуры описываются параметрами порядка,а влияние окружения - контрольными параметрами. Сложная многоразмерная динамика системы описывается небольшим числом параметров порядка, демонстрируя простое поведение. Согласно принципу подчинения синергетики, параметры порядка дерминируют поведение отдельных частей или элементов системы. Преимущество описания поведения сложных систем путем определения параметров порядка и применения принципа подчинения состоит в существенной редукции степеней свободы, в огромном сжатии информации.

Возможно решение как прямой, так и обратной задачи: определение параметров порядкасложной системы и, наоборот, восстановление поведения этой системы по известным параметрам порядка.

Параметры порядка не есть нечто подобное игрокам в куклы-марионетки, дергающих за нитки. Элементы системы обратным образом воздействуют на параметры порядка Мы можем наблюдать некий феномен циклической причинности: с одной стороны, элементы"порабощены" параметрами порядка, а с другой- элементы определяют поведениепаметров порядка. Или же можно нарисовать антропоморфную картину: параметры порядка репрезентируют нахождение консенсуса между элементами системы.Небольшое количество параметров порядка и немногочисленные возможности, которыеони имеют вопределении отдельных состояний, отражают тот факт, что в сложных системахвозможны,реализуемы только немногие структуры, которые самосогласованы с поведениемэлементов.

Далее Г. Хакен очертил возможности применения синергетического подхода к психологии восприятия. Восприятие бистабильных образов, например профиля человека или вазы, портрета или натюрморта с овощами и т.п., зависит от "предыстории", от существующей установки на восприятие. Осцилляции между двумя различными образами определяются тем, что один параметр порядка исчезает, а другой возникает. Распознавание образов может быть понято как процесс самодостраивания. Если даны некоторые определенные черты распознаваемого образа (неполная информация), то они принуждают систему дополнить все остальные черты, так что реконструируется целостный паттерн. Например, если имеются очертания, скажем, глаза или носа человека (ключевых элементовдля распознавания образа), то, следуя этой процедуре, может быть реконструировано все лицо.

Целый блок докладов был посвящен психологии, психиатрии, психотерапии. В этих областях по преимуществу применяется подход Г. Хакена через параметры порядка и принцип подчинения, т.е. развивается некая синергетическая психология (или синергетическая психиатрия). Опубликованная в 1997г. книга "Самоорганизация в психологии и психиатрии" позволяет судить о современном уровне исследований и обсуждений этой проблематики.

Как возможно применение нелинейной динамики в психиатрии, было продемонстрировано, в частности, в докладе X. Эмриха Аффективные психозы представляют собой неожиданные фазы нестабильности психической деятельности человека. Приступы обострения болезни внезапны для самого больного, но они, оказывается, повторяются по некоторому нелинейному закону. Можно проследить определенные, иногда многолетние, циклы в течении болезни. Изучая нелинейную динамику и построив фазовый календарь нестабильностей, можно- в определенных пределах- предсказывать сроки очередного обострения болезни.

Обучение определенным видам движения (например, горнолыжному спуску или езде на велосипеде) происходит благодаря и через процессы самоорганизации.К. Ляйст показал-это на множестве примеров. Он рассказал о собственных экспериментах по моторному обучению. Вообще говоря, нет непрерывного обучения, всегда есть скачки, внезапные качественные переходы от незнания к знанию, от неумения к умению. Стабилизация движения достигается через нестабильность, через постоянное изменение направления движения, небольшую ротацию. Иными словами, чтобы ехать по прямой,нужно постоянно немного от нее отклоняться. Чтобы не упасть (на лыжах или с велосипеда), нужнопостоянно "падать". Обучение сложным моторным движениям осуществляется путем ''flow experiment", т.е. отключения сознательного контроля над своими движениями. В результате происходит вхождение в процесс саморегуляции и самоорганизации.

Принципы формирования структур в восприятии и познании человека были рассмотрены в докладе М. Штадлера. Синергетический подход к когнитивным системам имеет глубокие параллели с гештальтпсихологией (В. Кёлер и др.). Латентная тенденция к четкости, придающая когнитивной динамике определенный толчок и направление, представляет собой, по сути дела, вектор к стабильным состояниям порядка (аттракторам, выражаясь на синергетическом языке). Стабильное конечное состояние всегда является наиболее простым и упорядоченным состоянием. Значения распознаваемого образа понимаются Штадлером как стабильные упорядоченные образования в процессе когнитивной самоорганизации .

В разного рода экспериментах, проведенных учеными в Университете Бремена, исследовались принципы формирования структур в поле восприятия человека. Была обнаружена, в частности, чувствительность системы восприятия человека к симметрии. Если имеются малейшие черты симметрии в наблюдаемой хаотической картине, человек выделяет их яснее. Определенную роль играет здесь и предыстория, имеющийся опыт. Если человек уже знает, что есть структура в наблюдаемой хаотической конфигурации элементов, то он видит эту структуру быстро и отчетливо.

Значительное внимание отводится изучению восприятия двусмысленных и мультистабильных образов. Классическим примером здесь является двусмысленное изображение "утка или заяц", которое приводил еще Л. Витгенштейн. Выбираемое значение определяется и стабилизируется контекстом восприятия. Когнитивные переключения с одного образа на другой связаны с фазами нестабильности восприятия. Значения представляютсобой параметры порядка самопроизвольной активности когнитивной системы. Они существенно редуцируют когнитивную сложность.

Вопрос о том, насколько плодотворно применение синергетики к описанию поведения сложных социальных систем, является предметом особых споров. Призма синергетики относительно хорошо высвечивает лишь коллективные, массовые процессы в обществе, но личностный выбор каждого члена общества или даже малой социальной группы, их мотивыи поведение предстают в этой призме в полном тумане, неразличимы инеобъяснимы. Наряду с мнением, что переход синергетики к социальному ненадежен и сомнителен(Г. Кюпперс), на конференции было показано, какие реальные результаты достигнуты на сегодняшний день в моделировании социальных систем.

Введение идей синергетики в социодинамику связано с именем В. Вайдлиха. Применяя синергетический подход Г. Хакена (определяя параметры порядка и используя принцип подчинения), он в течение многих лет, практически с самого начала развития синергетики, разрабатывает модели, позволяющие количественно описать коллективные процессы в обществе. С одной стороны, мы имеем интегративную динамику макрофеноменов в обществе, а с другой- решения и поведение отдельных индивидов на микросоциальном уровне. Синергетика устанавливает соотношение между микроуровнем индивидуальных решений и макроуровнем динамических коллективных процессов в обществе и дает стохастическое описание макродинамики. Макропроцессы со стохастическими флуктуациями описываются так называемыми master equations.

Количественное описание динамических макрофеноменов в обществе неправомерно считать "физикой социального", т.е. видеть в таком описании физический редукционизм.Как подчеркнул Вайдлих, применяемая здесь математика вовсе не имеет дело с физикой.Она есть язык для описания сложного вообще, нелинейной динамики сложных систем.

В качестве примера Вайдлих рассмотрел процессы соревнования между двумя предприятиями (фирмами) на рынке, выпускающими продукты одного рода и стремящимися достигнуть максимально высокого качества при минимально возможной ценена них. Личностные решения отдельных индивидов купить продукт той или иной фирмы складываются в стохастические изменения макроконфигураций. показывающих преимущество определенной фирмы в данный исторический момент.

В настоящее время существуют попытки применить синергетику к моделированию динамики науки, научных и технических инноваций. Здесь мы вступаем на не менее зыбкую почву, чем синергетический подход в социологии. Вряд ли возможно, к примеру, определять принадлежность ученого к научной элите по его "статистическому весу", определяемому по количеству его публикаций и ссылок на них (подход И. Бергаи Р. Вагнера-Дёблера). Синергетика не позволяет количественно оценить качество публикаций.К. Гёдель, например, публиковал очень мало, но благодаря фундаментальным научным результатам несомненно принадлежал к научной элите.

Группа ученых в Университете им. В. Гумбольдта в Берлине под руководством В. Эбелинга получила любопытные результаты в моделировании нелинейной динамики инноваций в науке. В качестве базисной модели используется уравнение в смысле Вайдлиха, описывающее макроконфигурации инновационных волн.

Новое знание всегда вступает в соревнование со старым, существующим. Новые элементы знания не сразу способны конкурировать со старым, они должны пройти период созревания. С какой вероятностью "выживает" новое? Если новое отличается от старого в плане усовершенствования знания на 30-50%, то существует большая вероятность его выживания. В таком случае, в частности, стоит инвестировать в новые исследовательские проекты. Трудно только при этом опять-таки количественно выразить качественные характеристики улучшения знания. Существует некая пороговая величина отличия нового от старого: ниже порога все вероятностно "вымирает", выше порога возможен рост нового знания. Имеются различные режимы роста знания: линейный, экспоненциальный, гиперболический (ускоренный режим роста с обострением).

Подобного рода встречи членов Немецкого общества сложных систем и нелинейной динамики и исследующих эти проблемы ученых намечено теперь проводить ежегодно. Для способствования развитию инновационных областей синергетики планируется создание междисциплинарного специального журнала, который должен сосредоточить внимание на исследовании самоорганизации и хаоса. На конференции была подчеркнута необходимостьтесного сотрудничества Немецкого общества с Американским обществом теории хаоса в психологии и науках о жизни. Японской группой по изучению нелинейной динамики (одиниз ее представителей Е. Накамура участвовал в работе конференции),а также с Московским синергетическим форумом.

Автор выражает свою признательность фонду А. фон Гумбольдта за поддержку его исследований в Германии в 1996-97 гг. и фонду Ф. Тиссена за поддержку его участия в настоящей конференции.

1. Mainzer К. Thinking in Complexity. The Complex Dynamicsof Matter, Mind, and Mankind. 3rd rev, andenlarget ed. Berlin, Springer, 1997.
2. Mainhardt Н. Wie Schnecken sich in Schale werfen.Berlin, Springer, 1997. Издание на немецком языке вышло после быстро раскупленного английского варианта этой книги.
3. Synergetics. Proceedings of a Symposium on Synergetics, Elmau 1972./ Ed. by H.Haken. Stuttgart,B.G.Teubner,1973.
4. Haken H., Graham R. Synergelik - Die Lehre vom Zusammenwirken. I I Umschau. 1971, vol. 6, S. 191.
5. Haken H. Principles of Brain Functioning. A SynergeticApproach to Brain Activity, Behavior and Cognition.in, Springer, 1996.
6. Matter Matters. On the Material Basis of the CognitiveActivity of Mind. Berlin, Springer, 1997.
7. Selbstorganisation in Psychologie und Psychiatric.Hrgb. von G.Schiepek, W.Tschacher. Braunschweig,Wiesbaden, Vieweg-Verlag, 1997.
8. Ambiquity in Mind and Nature. Multistable Cognitive Phenomena. Ed. by P. Kruse. M. Stadler. Berlin, Springer. 1995.
9. Weidlich W.. Haag G. Concepts and Models of Quantitative Sociology. Berlin, Springer, 1983; Weidlich W.Physics and Social Science - the Approach to Synergetics 11 Phys. Reports,1991, vol. 204.

4.02.2010


Интересное по этой теме:


Понятие общества
Никлас Луман

Синергетический вызов культуре
Е.Н.Князева

Синергетические стратегии в образовании
Буданов В.Г. (ИФ РАН)

Модели самоорганизации в науках о человеке и обществе.
А.П. НАЗАРЕТЯН

Социальная синергетика Геннадия Котельникова
6 февраля исполнилось бы 79 лет доктору социологических наук профессору Геннадию Алексеевичу Котельникову.

Институт философии РАН
www.iph.ras.ru
Copyright © 1996-2018 Синтергетический форум
Пишите нам
mail@rinotel.ru