Самоорганизация синергетическая и новационная

98. Частный эффект или фундаментальное свойство

Понятно, что в рамках обсуждения эволюционной парадигмы на страницах этой книги, среди множества синергетических феноменов для нас наиболее интересно явление самоорганизации. Однако это самое значимое достижение синергетики — описание самоорганизации как формирования диссипативных структур в открытых неравновесных средах — является и самым неоднозначным, противоречивым при его философском анализе. Введение в философский лексикон категории «самоорганизация», конечно, с одной стороны, позволило на новом уровне обсуждать многие проблемы эволюции, но с другой — породило множество спекуляций и бессодержательной риторики, лишь жонглирующей новыми терминами. Так, в философско-синергетических публикациях обиходным стал тезис «самоорганизация — это изначально присущее материи свойство». Следует ли понимать его буквально: что самоорганизацию можно рассматривать как некое качество (атрибут) вещества, наравне с массой, зарядом и т.д.?

99. О непосредственном, буквальном понимании самоорганизации

На время забудем о специально синергетическом смысле слова «самоорганизация» и порассуждаем о том, что мы под ним подразумеваем, и о наших ожиданиях, связанных с научной реализацией теории самоорганизации. То есть, что такое процесс самоорганизации некоторой, пусть даже самой простой, системы (физической, химической, биологической, социумной), если забыть про то, что самоорганизация есть образование диссипативных структур в неравновесных средах?

Прежде всего условимся, что под системой, представленной как результат самоорганизации, в данном конкретном случае хотелось бы понимать совокупность элементов, объединенных в той или иной мере стабильными связями, обладающую структурой и специфическими системными качествами, не сводимыми к качествам элементов^[16]. Именно наличие фиксированных связей между элементами отличает интересующие нас системы от стохастических, форма которых задается исключительно внешними границами, а качества определяются случайным взаимодействием элементов. Стохастические системы — такие как газ, жидкость или их потоки, корректнее называть средами, чтобы отличать их от систем, обладающих структурой, то есть однозначными отношениями между элементами.

Итак, до начала процесса самоорганизации мы должны иметь набор не взаимосвязанных (не имеющих фиксированных устойчивых связей) элементов будущей системы. Эти элементы могут быть однотипными или разнообразными, рассредоточенными или объединенными в другие системы. Для нас важен лишь факт наличия элементов и предварительного отсутствия самой системы. Тогда под самоорганизацией можно понимать самопроизвольное (самостоятельное) объединение разрозненных элементов в систему — можно сказать, самосборку, в противовес сборке системы под воздействием внешней целеполагающей силы (воли).

Безусловно, представление самоорганизации как начальной самосборки системы есть чистый, граничный ее вариант — в общем случае под самоорганизацией понимается любое усложнение уже существующей системы. Однако, по сути, любое усложнение системы всегда можно представить как формирование в ее пределах некой новой системы (подсистемы). Следовательно, самоорганизацию мы должны рассматривать либо опять же как чистый вариант самосборки системы (в данном случае подсистемы), либо вообще отказаться от термина «самоорганизация», констатируя, что подсистема формируется под воздействием внешней системы, которая, в свою очередь, сама является подсистемой некой более крупной системы и т.д. (см. далее об индукционистском подходе к анализу систем, сужд. 251).

100. О наглядных примерах самоорганизующихся систем

Первый приходящий на ум пример, иллюстрирующий рассматриваемую чистую схему самоорганизации (то есть, как самосборки) — это процесс кристаллизации. «На входе» — хаотично распределенные атомы (или молекулы), «на выходе» — кристалл, то есть система элементов, образующих однозначную стабильную структуру. Процесс формирования системы-кристалла происходит с абсолютным выполнением условия «самости» — его структура определяется исключительно свойствами элементов, а процесс кристаллизации начинается спонтанно и проходит без какого-либо внешнего формообразующего вмешательства. Вообще, самоорганизацию кристаллов можно рассматривать как частный случай самопроизвольного образования систем из атомов химических элементов. То есть все химические реакции, в результате которых образуются молекулы (структурированные системы атомов), можно рассматривать как примеры чистой самоорганизации.

Можно привести примеры самоорганизации и из области физики. К таковым можно отнести объединение разрозненных элементарных частиц (нуклонов и электронов) в атомы, образование спутниковых гравитационных систем — вращающихся друг вокруг друга массивных тел.

Понятно, что приведенные примеры самособирающихся систем не совсем то, что хотелось бы обсуждать при разговоре о самоорганизации. В формировании простейших физических и химических систем нет никакой загадки, их природа вполне достоверно описывается имеющимися теориями. От теории самоорганизации хотелось бы получить ответ на вопрос, как формируются принципиально новые, ранее не существовавшие системы, а не на вопрос, как самособираются «стандартные» физические и химические образования — атомы, кристаллы, молекулы.

101. Синергетическая самоорганизация и эволюционные новации

Эти новационные ожидания в какой-то степени стала оправдывать синергетика, исследуя феномен образования диссипативных структур. Действительно, возникающие в неравновесных открытых средах структуры, волны, колебания не есть закономерное следствие взаимодействия элементов этих сред. Сама возможность формирования диссипативных структур (в отличие от элементарных физических и химических систем) не определяется характеристиками элементов среды. Структуры возникают спонтанно из хаоса и в какой-то степени могут восприниматься как новационные. Но существует ряд проблем, ограничивающих расширительное толкование представлений о синергетической самоорганизации как «общей теории самоорганизации и эволюции».

Во-первых, что самое главное, диссипативные структуры — это не системы. Они по своей природе являются лишь регулярными уплотнениями сред (потоков) или периодическими изменениями их характеристик. Диссипативные структуры — это не структуры элементов, объединенных однозначными связями, а лишь некие внешне временные или пространственные (геометрические) формы организации среды. Они не обладают никакими свойствами, системными качествами и т.д.

Во-вторых, формирование диссипативных структур столь же закономерно и однозначно воспроизводимо в экспериментах, как упомянутые процессы образования молекул, кристаллов и атомов. Для этого требуются лишь более экзотических условия, чем, к примеру, традиционные для химии и физики температурные ограничения. Таким образом формирование диссипативных структур принципиально не может рассматриваться как эволюционный феномен, то есть невоспроизводимый и необратимый процесс (по терминологии, введенной в сужд. 6).

Следовательно, формирование диссипативных структур можно представлять как самоорганизацию, лишь в смысле перехода некой среды (потока) из одного состояния в другое — из менее упорядоченного во внешне более упорядоченное, которое к тому же не является новационным. С внешне формальной стороны (то есть не по своей природе) образование диссипативных структур не отличается от других примеров образования волн и периодических колебаний в физических и химических средах.

Итак, синергетика, пробудив интерес к феномену самоорганизации, задала больше вопросов, чем дала ответов. Она наметила некоторое направление движения к пониманию того, как из «ничего» формируется «нечто», из неорганизованного — организованное. Как теория, описывающая лишь внешне формальную сторону перехода от хаоса к порядку и не затрагивающая принципов формирования систем (связи, элементы, функционирование), синергетика не может претендовать на роль теории «самоорганизации сложных систем», под которыми обычно подразумеваются биологические и социумные образования. Однако проблема, как мне видится, здесь скорее не в потенциальных возможностях синергетики или любой другой теории, а в неоднозначности трактовки самого понятия «самоорганизация сложных систем». Основная проблема, как ни странно, это само выделение вне физической и химической сфер самоорганизующихся систем как таковых.

102. Биологические и социумные самоорганизующиеся системы

Резонно задать вопрос: какие в достаточной степени обособленные биологические или социумные системы можно представить как самоорганизующиеся? Обычно в качестве примеров самоорганизующихся систем мимоходом, не акцентируя внимания и не вдаваясь в подробности, упоминают биологические организмы или социальные институты, чаще экономические предприятия.

Да, действительно, в этих примерах мы наблюдаем реальное формирование систем — объединение разрозненных элементов (химических молекул, людей и технических устройств) в сложные структуры. Но можно ли представить процесс образования этих систем как самосборку — самостоятельное соединение ранее независимых элементов? Напомню, что под «самостоятельностью» здесь понимается самопроизвольное, внешне не управляемое образование связей — как при образовании молекул, кристаллов, атомов (или структур в диссипативных средах). Так вот с «самостью»-то и возникают проблемы.

Формирование, к примеру, конкретного единичного биологического организма как системы определяется не набором его исходных элементов (которые по сути одинаковы и для амебы, и для слона), а предзаданной, предшествующей, внешней для организма генетической программой биологического вида. Мы же не считаем процесс сборки автомобиля по чертежам его самоорганизацией. Хотя, конечно, «сборка» биологического организма — это нечто другое. Он сам себя собирает. Но ведь «по чертежам» же — согласно внешне предопределенной программе.

Аналогично и любые социальные образования нельзя представить как результат локальной спонтанной самосборки из разрозненных элементов. Формы общественных институтов, их внутренняя структура однозначно определяются внешними для них параметрами экономической, политической и других систем — в общем, состоянием всей социосистемы как целого.

Однако представление о внешней предзаданности сборки биологического организма можно обойти, приняв передаваемые от родителей гены (молекулы ДНК) за элементы исходного набора наравне с другими химическими ингредиентами, необходимыми для строительства системы. Тогда формирование организма вполне может выглядеть как локальная самосборка, аналогичная самосборке атомов и кристаллов. Безусловно, процесс формирования организма намного сложнее, чем объединение нескольких элементарных частиц или атомов, и пока досконально не изучен. Но по своей сущности он в достаточной степени рационален и воспроизводим, и не окружен загадочным ореолом новационной само­организации.

103. Воспроизводство и новационный системогенез

Следовательно, решение проблемы самоорганизации не может сводиться к ответу на вопрос: как воспроизводятся существующие системы (физические, химические, биологические, социумные). Проблематичен сам факт первого, новационного образования систем — новационного системогенеза. Возвращаясь к вопросу самоорганизации биологического организма, акцент с реализации предзаданной программы следует сместить на происхождение самой программы.

Так вот, мы неизбежно приходим к выводу, что проблема самоорганизации в широком философском смысле не является как таковой проблемой «самоорганизации систем». Формулируемая в терминах самосборки систем из элементов, проблема самоорганизации сводится к решению частных задач воспроизводства систем (физических, химических и т.д.). В рамках эволюционной парадигмы постановка проблемы самоорганизации — это прежде всего формулирование вопроса о новационном, исторически первом образовании системы, то есть о новационном системогенезе.

Если и говорить о какой-то реальной самоорганизации (а не о воспроизводстве систем), то лишь применительно к таким системам, как авангардные эволюционные, или к Миру как единственной реально самоорганизующейся системе. Правда, возможно ли применять термин «самоорганизация» к единичному уникальному объекту, коим предстает перед нами Мир? Ведь определить, является или не является система самоорганизующейся, можно только находясь вне ее, то есть с позиции стороннего наблюдателя, занять которую относительно Мира мы не можем. Более того, бессмысленно утверждать, что Мир самоорганизуется, поскольку его состояние в каждый конкретный момент времени является в полной мере организованным. И, конечно, нельзя говорить о некой само-организации, поскольку по определению для Мира никакого не «само» быть не может.

И возвращаясь опять к синергетике, повторю главные выводы из предшествующих суждений. Применить формализм самоорганизации диссипативных структур к новационному появлению и последующему воспроизводству биологических или социумных систем принципиально невозможно, поскольку последние не являются средами со стохастически распределенными элементами, а представляют собой сложные системы с фиксированными структурами. И вообще, самостоятельную проблему самоорганизации систем выделить трудно — она распадается на ряд специально научных проблем: воспроизводство локальных систем, новационный системогенез, то есть появление систем de novo, и проблему новационно-эволюционного становления Мира. (О варианте разрешения проблемы самоорганизации см. сужд. 259.)

104. Самоорганизация и амебы

Действительно, понимая, что прямой перенос формализма синергетической самоорганизации на ход формирования биологических и социумных систем проблематичен, многие авторы в публикациях по философии синергетики этот момент опускают. Однако для доказательства применимости синергетического подхода в биологии часто рассматривают примеры упорядоченного поведения множества организмов. Так в качестве яркого примера самоорганизации приводится феномен образования колоний амебами Dictyostelium discoideum. Особи данного вида амеб при недостаточном количестве пищи способны концентрироваться вокруг спонтанно возникшего центра, образуя многоклеточное образование, ведущее себя как отдельный организм. Сигналом к коллективному поведению служит генерируемое амебами химическое вещество, а центром сползания является клетка, первой начавшая его испускать. Образовавшийся сгусток амеб перемещается в среде, пока не достигнет участка с достаточной концентрацией пищи. Тогда клетки колонии дифференцируются, образуя «ножку» с «головкой», наполненной спорами.

При исследовании внешних характеристик процесса образования колоний — концентрического распространения вещества и волнообразного стягивания амеб к центру — было отмечено, что этот процесс может быть описан на «синергетическом» языке, то есть нелинейным уравнением. Но корректно ли рассматривать сам феномен образования колонии как пример самоорганизации по синергетическому типу, то есть как иллюстрацию образования структуры в неравновесной среде? При рассмотрении феномена образования колонии амеб мы имеем два разных объекта исследования, относящихся с совершенно разным сферам. Первый — биологически (в частности, генетически) предопределенный тип поведения конкретного вида одноклеточных организмов. Следует заметить, что другие виды одноклеточных, в каких бы неравновесных условиях они ни находились, не способны к подобному поведению. Второй объект — это пространственно-временная форма реализации коллективного поведения. И нет ничего удивительного и замечательного в том, что процесс образования колонии амеб может быть описан нелинейными уравнениями — его темпоритм задается концентрическим потоком химического вещества. Следовательно, как и формирование биологических организмов, феномен образования колоний амебами Dictyostelium discoideum не может рассматриваться как самоорганизация по синергетическому типу, так как эти процессы образования систем предопределены внешней для организмов генетической программой. В примере с амебами синергетическому описанию поддается лишь внешняя пространственно-временная форма сползания одноклеточных, определяемая нелинейным процессом распространения химического вещества.

Анализ примера с коллективным поведением амеб Dictyostelium discoideum в текстах, посвященных самоорганизации, имеет одну примечательную особенность, подтверждающую вывод об ограничении области применения синергетического формализма лишь процессами в неравновесных потоках. Обычно при рассмотрении поведения амеб остается без внимания факт образования реальной системы, то есть процесс дифференциации одноклеточных с формированием «ножки» и «головки». Опускается этот процесс действительной самоорганизации по понятным причинам — в нем явно не просматривается участие нелинейных потоков.

2 Апрель 2007 |
Подписаться на сообщения RSS 2.0

Опубликовано в разделах: Новации (книга), синергетика