Леонид Харченко - Методика и организация биологического исследования

Каково место синергетики в ряду других наук? Синергетика изучает открытые (обменивающиеся веществом и энергией с внешним миром, иными словами, имеющие источники и стоки энергии) нелинейные (описывающиеся нелинейными уравнениями) системы. Предмет синергетики – механизмы самоорганизации, т.е. механизмы самопроизвольного возникновения, относительно устойчивого существования и саморазрушения макроскопических упорядоченных структур, имеющие место в такого рода системах. Механизмы образования и разрушения структур, механизмы перехода от хаоса к порядку и обратно не зависят от конкретной природы атомов, молекул или целых подсистем. Они присущи и миру природных (живых и неживых), и миру человеческих, социальных процессов. Синергетика важна в первую очередь как подход к пониманию развития открытых нелинейных систем, как особый стиль мышления, т.е. своей методологической и эвристической стороной.

Синергетика имеет свой собственный язык. Это язык таких понятий, как «аттракторы» и «бифуркации», «фрактали» и «детерминированный хаос». Понятие «аттрактор», скажем, близко к понятию «цель». Последнее можно раскрывать в самом широком, внечеловеческом смысле как целеподобность, направленность поведения нелинейной системы, «конечное состояние» (разумеется, относительно конечное, завершающее лишь некоторый этап эволюции) системы. Под аттрактором в синергетике понимают относительно устойчивое состояние системы, которое как бы притягивает (лат. attrahere – притягивать) к себе все множество «траекторий» системы, определяемых разными начальными условиями. Состояние покоя мяча на дне ямы – это аттрактор движения мяча.

То, что называется в синергетике бифуркацией, имеет глубокие аналогии в культуре. Фактически представления о бифуркации уже содержатся в сказочных образах. Когда сказочный рыцарь, добрый молодец стоит, задумавшись, у придорожного камня на развилке дорог и выбор пути определяет его дальнейшую судьбу, то это и является, по сути, наглядно-образным представлением бифуркации в жизни человека (дилемма).

Эволюцию биологических видов нередко представляют в виде эволюционного древа. Оно наглядно иллюстрирует поле ветвящихся путей эволюции живой природы. Прохождение через точки ветвления, совершенный «выбор» закрывает иные, альтернативные пути и делает тем самым эволюционный процесс необратимым. Эволюционное древо в биологии, по существу аналогично диаграмме бифуркаций в синергетике.

На уровне математического описания бифуркация означает ветвление решений нелинейного дифференциального уравнения. Физический смысл бифуркации таков: точка бифуркации – это точка ветвления путей эволюции системы. Теперь можно несколько иначе определить и нелинейную систему – это такая система, которая «таит» в себе бифуркации.

Фрактали, фрактальные объекты (или множество; «вложенные объекты») – еще одно любопытное явление, изучаемое в теории самоорганизации. Фракталями называются такие объекты, которые обладают свойством самоподобия, или, как еще говорят, масштабной инвариантности. Это означает, что малый фрагмент структуры такого объекта подобен другому, более крупному фрагменту или даже структуре в целом. Установлено, что в природе довольно часто встречаются фрактальные формы. Типичные фрактальные формы – это облака или береговая линия моря (реки), их рисунок сходен, повторяется в различных масштабах; это и различные уровни организации живого.

Свойство фрактальности имеет аналогии в глубинах философской мысли, а именно, в философских представлениях о монадности элементов мира. Каждая монада, по Лейбницу, отражает как в зеркале свойства мира в целом. Этот же образ присутствует в восточном принципе мировидения «все в одном и одно во всем». Известны утверждения типа: «какова семья, таково и общество», «каков человек, таков и окружающий мир (общество)» и т.д. Согласно предположению советского физика М.А. Маркова, возможно, существует элементарная частица, называемая фридмоном, которая заключает в себе весь мегамир. Все эти представления различных культур по-разному выражают свойство монадности мира, или, выражаясь языком синергетики, свойства фрактальности объектов мира.

Итак, синергетика раскрывает общие, универсальные механизмы самоорганизации. Она делает понятными те законы, по которым складывается, пишется, удивляющий ученых единый рисунок событий в самых разных областях и масштабах действительности. Каковы же некоторые из этих механизмов?