Свойства самоорганизующихся систем.

Под самоорганизацией обычно понимают процессы самоконструирования, саморегулирования, самовоспроизведения систем различной природы. Это «изменение организации, происходящее в большей или меньшей мере относительно активно, самостоятельно и спонтанно».

Непосредственным объектом теории самоорганизации являются самоорганизующиеся системы. Рассмотрим основные признаки самоорганизующихся систем.

1. Самоорганизующаяся система — это система динамическая, ее движение носит нелинейный характер.

Особенности феномена нелинейности состоят в следующем.

Во-первых, благодаря нелинейности имеет силу важнейший принцип «развертывания малого» или «усиления флуктуаций». Под «флуктуацией» в широком смысле слова понимается внешнее воздействие, в строгом смысле слова — как физическая категория — случайные отклонения мгновенных значений величин от их средних значений (от состояния равновесия). При определенных условиях нелинейность может усилить флуктуации — делать малое отличие большим, макроскопическим по последствиям.

Во-вторых, определенные классы нелинейных открытых систем демонстрируют другое важное свойство — пороговость чувствительности. Ниже порога все уменьшается, стирается, забывается, не оставляет никаких следов в природе, науке, культуре, а выше порога, наоборот, все многократно возрастает.

В-третьих, нелинейность порождает своего рода квантовый эффект — дискретность путей эволюции нелинейных систем (сред). То есть на данной нелинейной среде возможен не любой путь эволюции, а лишь определенный набор этих путей, определяемый спектром устойчивых состояний, структур-аттракторов.

В-четвертых, нелинейность означает возможность неожиданных, называемых в философии эмерджентными, изменений направления течения процессов. Нелинейность процессов делает принципиально ненадежными и недостаточными весьма распространенные до сих пор прогнозы — экстраполяции от наличного. Ибо развитие совершается через случайность выбора пути в момент качественных преобразований системы, а сама случайность обычно не повторяется вновь.

2. Самоорганизующаяся система — это система открытая, что обеспечивает вещественно-энергетический и информационный обмен со средой. Открытая система обладает как “источниками” — зонами подпитки ее энергией окружающей среды, действие которых способствует наращиванию структурной неоднородности данной системы, так и “стоками” — зонами рассеяния энергии, в результате действия которых происходит сглаживание структурных неоднородностей в системе. Открытая система способна усваивать внешние воздействия и находится в постоянном изменении.

3. Самоорганизующаяся система — это система неравновесная, т.к. процессы самоорганизации возможны только в открытых неравновесных системах, находящихся достаточно далеко от точки термодинамического равновесия.

Равновесие, устойчивость — свойства, которые в классической парадигме мышления, как правило, отождествлялись и характеризовали стационарное состояние системы. В синергетической концепции эти понятия конкретизируются в зависимости от типа системы. В идеальных, закрытых системах устойчивость, действительно, обозначает высокую степень упорядоченности и организованности системы. Но в закрытой системе неизбежно наступает момент, когда внутренние резервы системы оказываются исчерпаны, далее — по законам термодинамической необратимости — происходит нарастание энтропии (беспорядка, дезорганизации) и — в конечном результате — абсолютное равновесие означает фактическую «смерть» системы (словами Г.Спенсера), ее распад, возвращение к состоянию термодинамического хаоса.

Описанное в первой модели состояние характерно и для открытых систем с высоким уровнем энтропии, когда система как бы флуктуирует около конечного (наиболее вероятного) состояния, отклоняясь от него лишь на небольшие расстояния и на короткие промежутки времени. Эти отклонения связаны с теми незначительными изменениями условий, которые возникают благодаря ее открытому состоянию. В конечном счете, она неизбежно перейдет в одно из микроскопических состояний, соответствующих макроскопическому состоянию хаоса, поскольку именно такие макроскопические состояния составляют подавляющее большинство всех возможных микроскопических состояний. И.Пригожин называет такое состояние (за его «неизбежность») глобальным, асимптотически устойчивым состоянием или глобальным аттрактором — исключительно сильной формой устойчивости, связанной с неуклонным ростом энтропии. Таким образом, в модели данного типа устойчивости мы встречаемся с первым парадоксом (а точнее — взаимодополняющим описанием) хаоса и порядка: максимально устойчивое, равновесное и симметричное состояние системы, соответствующее интуитивному образу порядка, есть описание молекулярного, термодинамического хаоса.

Другой тип устойчивости открытых динамических систем И. Пригожин и называет термином «стационарное состояние». Как образуется такое состояние? Чтобы понять это, необходимо учесть те изменения, которые разворачиваются в открытой системе за счет «переработки» ею внешнего вклада энергии и ресурсов. Изменения энтропии во времени в данном случае связаны с двумя противоположными процессами: «потоком энтропии», зависящим от обмена системы с окружающей средой (негэнтропии), и «производством энтропии», обусловленным необратимыми процессами внутри системы. В стационарном состоянии положительное производство энтропии компенсируется отрицательным потоком энтропии за счет обмена с окружающей средой. Так возникает особого рода устойчивое состояние в системе, находящейся вдали от равновесия (сильно неравновесной), т.е. устойчивое состояние сильно неравновесной системы. Вместе с тем такое «устойчивое стационарное состояние» является крайне неустойчивым в своем хрупком балансе энтропийно-негэнтропийных потоков. Эта неустойчивость проявляется в том, что такое состояние чрезвычайно чувствительно к флуктуациям. Если рассмотренная ранее равновесная система с высокой энтропией с легкостью гасила такие флуктуации, то сильно неравновесная система может реагировать на них самым решительным образом. Возможность потери устойчивости состояний в системах, далеких от равновесия, при определенных условиях открывает путь процессам самоорганизации. Именно самоорганизация в данной ситуации выступает механизмом упорядочения системы. Синергетика изучает два типа структур: диссипативные (возникающие в результате самоорганизации, для осуществления которой необходим рассеивающий (диссипативный) фактор) и нестационарные (возникающие за счет активности нелинейных источников энергии). Исследование диссипативных структур развивается, в частности, в работах И.Пригожина, нестационарных — в работах С.П.Курдюмова и Е.Н.Князевой.

Структура изменяющейся системы характеризуется единством устойчивости и неустойчивости. Каждая такая система имеет (как минимум) два различных стационарных состояния, из которых в данный момент лишь одно устойчиво. Более того, одно и то же стационарное состояние такой системы при одних условиях может определяться как устойчивое, а при других — как неустойчивое, т.е. возможен переход в другое стационарное состояние. Свойство системы иметь в своей структуре различные стационарные состояния, соответствующие различным допустимым законам поведения этой системы обусловлено нелинейным характером ее развития (см. признак№1). Внешние воздействия могут вызвать отклонения такой системы от ее стационарного состояния в любом направлении, поэтому эволюция поведения данного типа систем сложна и неоднозначна, прогноз в области неустойчивости может опираться только на предшествующий опыт.

Таким образом, мы в очередной раз убедились, насколько важно, применяя термины «устойчивость», «стационарность», «равновесие», учитывать методологический контекст их интерпретации.

Важной отличительной чертой процесса возникновения структур является появление синергетического эффекта — коллективного движения микроэлементов системы.

4. Самоорганизующаяся система — это система, в образовании которой решающую роль играют кооперативные процессы, основывающиеся на когерентном, или согласованном, взаимодействии элементов системы. Изменяется сам тип молекулярного поведения. И.Пригожин характеризует эти изменения, используя следующий образ: «В равновесном состоянии молекулы ведут себя независимо: каждая из них игнорирует остальные. Такие независимые частицы можно было бы назвать гипнонами («сомнамбулами»). Каждая из них может быть сколь угодно сложной, но при этом «не замечать» присутствия остальных молекул. Переход в неравновесное состояние пробуждает гипноны и устанавливает когерентность, совершенно чуждую их поведению в неравновесных условиях» (45. -С.240). Условием появления согласованности, когерентности, «коллективного поведения» молекулярных частиц является синхронизация пространственно разделенных процессов.