Г. Хакен. Тайны природы. Синергетика: учение о взаимодействии[1]

ХАКЕН Герман (р. 1927) – немецкий физик-теоретик, основатель синергетики. Получив степени доктора философии и доктора естественных наук, изучал физику и математику в университетах Галле (194G–1948) и Эрлангена (1948–1950). С 1960 г. является профессором теоретической физики университета Штутгарта. До ноября 1997 г. был директором Института теоретической физики и синергетики университета Штутгарта. С декабря 1997 г. – почетный профессор и глава Центра синергетики в этом Институте; ведет исследования в Центре по изучению сложных систем в университете Флориды, Бока Рэтон, США. Является издателем шприн- геровской серии книг по синергетике, в рамках которой к настоящему времени опубликовано уже 69 томов.

Термин "синергетика", обозначающий новое направление междисциплинарных исследований в науке, Хакен впервые ввел в своих лекциях в университете Штутгарта в 1969 г. В своих мировоззренческих ориентациях Хакен близок

к Аристотелю. Убежден в существовании общих закономерностей, которые имеют силу не только для фундаментальных составных частей материи, но и для поведения сложных систем любой природы.

ГЛАВА 1. Введение и обзор

Почему эта книга может показаться вам интересной. Наш мир состоит из множества разнообразнейших вещей: некоторые из них созданы человеком – дома, автомобили, инструменты, картины и т.п., – но остальные сотворены Природой. Для ученого этот мир вещей является миром структур, упорядоченных в соответствии со строгими закономерностями. Если направить телескопы на неизмеримые дали космического пространства, мы увидим спиралевидные туманности, подобные изображенным на фотографии. Здесь хорошо различимы спиральные рукава, благодаря которым туманность и получила свое имя. В этих газовых туманностях рождаются новые солнца – невообразимое количество новых ярких солнц. Наше Солнце и наша Земля тоже принадлежат такой туманности – Млечному Пути, хорошо видному на небе в ясные ночи. Наше Солнце – лишь одно из ста миллиардов солнц, входящих в Млечный Путь.

Земля вместе с другими планетами вращается вокруг Солнца по орбитам, подчиняясь строгим законам небесной механики. Упорядоченные структуры можно обнаружить не только в космосе. Оглядитесь вокруг, и вашему взору откроется бесконечное разнообразие таких структур: приведем в качестве примера исполненную благородства форму самой обыкновенной снежинки. Живая природа вновь и вновь поражает нас своим изобилием, причем формы, в которых оно выражается, могут быть порой совершенно невероятными. <...>

Однако в изумление нас повергают не только неподвижные структуры, подобные вышеупомянутым. Не меньший восторг могут вызвать танец, исполненный грации, или красота бега лошади. Жизнь человеческого общества тоже демонстрирует немалое разнообразие структур: как в политической (например, различные формы государственного устройства), так и в чисто духовной сфере человеческой деятельности обнаруживается структурированность – в языке, в музыке и, наконец, в науке. Таким образом, мир вокруг нас изобилует всевозможными структурами: начиная с тех, которые мы встречаем в природе, и заканчивая теми, что присущи разумной жизни; мы настолько привыкли к структурам, что зачастую уже не осознаем, каким чудом является само их существование.

Люди прошлых веков воспринимали все это как проявление божественной воли и подтверждение тому – история создания нашего мира, изложенная в Ветхом Завете. Наука тоже долгое время была занята лишь вопросами строения – но не возникновения! – структур, существующих вокруг нас.

Интерес к тому, каким же образом могли возникнуть все эти структурные образования, появился и окреп только в новейшее время. Если наука желает избежать необходимости всякий раз для объяснения сути вещей обращаться за помощью к сверхъестественным силам и актам творения, она первым делом должна объяснить природу самозарождения и развития структур – иными словами, суть процессов самоорганизации.

Стремление к созданию единой картины мира. Если мы, осознавая все бесконечное разнообразие окружающих пас структур, решим выяснить, как же они возникли, то окажемся перед невыполнимой, на первый взгляд, задачей. Уже попытки каким-либо образом классифицировать обнаруженные структуры потребовали (и продолжают требовать) огромных затрат времени и сил многих поколений исследователей – возможно ли пройти этот путь до конца? да и стоит ли овчинка выделки? Действительно, будь строение каждой отдельно структуры подчинено особым, свойственным ей одной, законам, нечего было бы и думать о том, чтобы описать все это в одной книге – для этого потребовалась бы целая библиотека невообразимых размеров.

Здесь на сцену выходит идея, являющаяся, собственно, движущей силой всякой пауки. Наука призвана не просто собирать фактический материал, но и стремиться создать целостную картину мира, целостное мировоззрение. Особенно ярко это стремление проявляется в области естественных наук – например в физике, химии или биологии, – однако не менее известны и попытки, предпринятые философами. Все мы хорошо знаем о поисках физиками фундаментальных законов мироздания. Механика Исаака Ньютона (1643–1727) и его закон всемирного тяготения дают нам возможность описать движение планет вокруг Солнца – движение, для которого в древности не существовало единого объяснения. Благодаря Джеймсу Клерку Максвеллу (1831–1879) нам стало известно, что свет представляет собой не что иное, как электромагнитные колебания, подобные радиоволнам. Альберту Эйнштейну (1879–1955) удалось связать тяготение, пространство и время. Химик Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907) впервые упорядочил многообразие существующих в природе веществ, создав периодическую систему химических элементов. В современной атомной физике периодическая система Менделеева может считаться воплощением основного закона строения атомов. В биологии, в соответствии с открытыми Менделем законами, происходит передача от поколения к поколению наследственных признаков при скрещивании, к примеру, растений с различной окраской цветков. Уже в наше время были обнаружены химические механизмы такой передачи, происходящей благодаря гигантским молекулам дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

Как показывают эти примеры (а их количество можно было бы многократно умножить), человечество неустанно ищет и находит все новые и новые законы, единые для всех происходящих в природе процессов.

В то время как явления самого разнообразного свойства усилиями ученых сводятся, наконец, воедино как проявления неких законов природы, исследователи обнаруживают совершенно новые факты, касающиеся еще более сложных явлений, и порой наука оказывается близка к полному погребению иод лавиной добываемых учеными сведений. Отсюда – бесконечная "гонка", борьба между потоком новых фактов и стремлением ученых эти факты систематизировать, понять и соотнести с действием единых законов мироздания.

Анализ и синтез. Какими же, собственно, возможностями для изучения структур и протекающих в них процессов мы располагаем? Излюбленным и, пожалуй, используемым чаще прочих способом является разложение изучаемого объекта на все более мелкие составляющие. Так физик обнаруживает, что кристалл <...> состоит из атомов, атомы же, в свою очередь, разделяются на меньшие элементы – протоны и электроны. Одно из важнейших направлений современных физических исследований связано как раз с изучением "элементарных" частиц (кварков и глюонов), которые, вполне возможно, все еще не являются последними, "наиэлементарнейшими" частицами материи. Биолог препарирует клетки ткани, добираясь до составляющих их элементов: клеточных мембран и ядер, а затем и далее – до биомолекул. Перечень такого рода "разложений" можно дополнить примерами из других отраслей науки... да и сама наука, собственно, тоже уже "разложена" на математику, физику, химию и т.д. – вплоть до социологии и психологии.

Противоречат ли биологические структуры основополагающим законам природы? Физика имеет полное право считаться основой естествознания, ведь предметом ее изучения является материя, а так как весь окружающий нас мир материален, то и подчинен он законам, открытым физиками. Однако подобное представление о физике существовало отнюдь не всегда – по крайней мере, среди биологов. Приверженцы витализма выдвигали свою точку зрения: они считали, что всем живым существам свойственна присущая только им совершенно особая жизненная сила. Сегодня, после того как химические процессы удалось описать в терминах физических теорий (касающихся природы химических связей и строения атома), уже едва ли найдутся люди, сомневающиеся в том, что ту же операцию возможно проделать и с процессами биологическими. Подчеркнем – в принципе, так как за этой, на первый взгляд, простой фразой скрывается, как мы позднее увидим, целый комплекс весьма непростых проблем.

Здесь мы сталкиваемся с совершенно замечательной закономерностью, которая красной нитью проходит по всему, что связано с феноменом самоорганизации.

Отдельные элементы систем организуются, словно управляемые невидимой рукой, с другой же стороны, системы, взаимодействуя друг с другом, непрерывно создают эту невидимую руку. Назовем такую организующую невидимую руку "организатором". Однако, похоже, мы снова попали в замкнутый круг? Наш "организатор", по сути, является результатом взаимодействия отдельных элементов системы, однако он же и руководит поведением этих отдельных элементов. Напоминает древнюю задачку: что было раньше – курица или яйцо? (О петухе почему-то даже не вспоминают.)

На языке синергетики происходящее описывается следующим образом: параметр порядка подчиняет себе элементы системы. Параметр порядка похож на мастера-кукольника, управляющего марионетками: он заставляет их танцевать, но и они, в свою очередь, имеют над ним власть и оказываются способны им управлять. В дальнейшем мы убедимся, что принцип подчинения играет в синергетике центральную роль. Однако уже сейчас хотелось бы подчеркнуть, что термин "принцип подчинения" нс несет в себе абсолютно никакой эмоциональной нагрузки, и его следует воспринимать совершенно нейтрально. Принцип этот выражает лишь определенный тип взаимосвязи и не имеет ничего общего с подчинением или порабощением в этическом смысле. Так, например, можно сказать, что представители какого-нибудь народа подчинены своему национальному языку.

Исследуя различные явления сначала в физике, затем в химии и, наконец, в биологии с точки зрения, предполагающей существование принципа подчинения и параметра порядка, я снова и снова сталкивался со следующей закономерностью: процессы образования структур всегда протекают в определенном направлении, однако вовсе не в том, какое предсказывает термодинамика, и отнюдь не в сторону увеличения "разупорядоченности".

Напротив: элементы системы, прежде неорганизованные, приходят в состояние определенного порядка, и порядок этот подчиняет себе их поведение.

В дальнейшем мы увидим, что та неизбежность, с которой из хаоса возникает порядок, ничуть не зависит от материального субстрата, ставшего сценой для наблюдаемого процесса. В этом смысле лазер ведет себя совершенно так же, как и облачная формация или группа клеток. Очевидно, мы имеем здесь дело с проявлением одного и того же феномена. Есть все основания предполагать, что эта же закономерность действительна и в нематериальной сфере.

При знакомстве с синергетикой – как и в случае с любой другой наукой – представляется разумным начать с рассмотрения самых простых процессов, а уж затем переходить к более сложным. Поэтому мы начнем с примеров из физики и химии, а затем обратимся к экономическим наукам, социологии и методологии. Нет ничего нового в идее перенесения методов и опыта, полученных на простых примерах, в область более сложных явлений. Так, скажем, в социологии и экономических науках разрабатываются модели, сходные с моделями в физике и широко использующие физическое понятие "энтропия", являющееся мерой для хаоса.

Достижения современной физики послужили основой для нового мышления сначала в самой физике, а затем и в других науках. К примеру, сегодня совершенно изменился научный взгляд на структуру общества, которая прежде рассматривалась как система, пребывающая в статическом равновесии. Структуры возникают, распадаются, конкурируют между собой или кооперируют друг с другом, объединяясь и создавая новые, большие структуры. Мы находимся сейчас в поворотной точке истории: в мышлении человека происходит поворот от статики к динамике.

  • [1] Хакен Г. Тайны природы. Синергетика: учение о взаимодействии. М.: Институт компьютерных исследований. 2003. URL: log-in.ru/books/taiyny-prirody-sinergetika-uchenie- o-vzaimodeiystvii-g-khaken-khaken-g-nauka-i-obrazovanie/; URL: zahori.ucoz.ru/load/khaken_g_tajny_prirody_sinergetika_nauka_o_vzaimodejstvii/l-l-0-10
 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >