Эрвин Ласло - Век бифуркации. Постижение изменяющегося мира

Поведение сложных систем в реальном мире обычно находится одновременно под влиянием многих различных аттракторов; теория динамических систем описывает сложные реальные системы с помощью моделей той или иной степени сложности. В моделях главные скачкообразные изменения в поведении системы представлены бифуркациями. Последние появляются на фазовых портретах систем из-за изменения положения «рычагов управления» — значений критических параметров. Бифуркации моделируются как переход от одного типа аттракторов к другому, например от статического аттрактора к периодическому. Система, бывшая до того устойчивой, начинает осциллировать, а при переходе от периодического аттрактора к хаотическому поведение системы, совершавшей до того периодические колебания, становится хаотическим. Такие бифуркации, получившие название «мягких», составляют лишь одну из разновидностей фундаментальных изменений в поведении системы; помимо них существуют также «взрывные», или «катастрофические», бифуркации. Катастрофические бифуркации (катастрофы понимаются здесь в ином смысле, чем в повседневной жизни) представляют собой внезапное, «как гром среди ясного неба», появление или исчезновение статического, периодического или хаотического аттрактора. Бифуркации, обнаруженные специалистами по теории динамических систем, находят немаловажные приложения к системам реального мира. Мягкие бифуркации представляют собой нарастающую неустойчивость в системах, далеких от термодинамического равновесия. Система, например, система химических реакций, находящаяся в устойчивом равновесии, начинает совершать осцилляции; или колебательная система, типа химических часов, переходит в турбулентный режим. На своих математических моделях теория динамических систем устанавливает несколько «сценариев», ведущих от устойчивого равновесия к хаосу. Модели с катастрофическими бифуркациями, приводящими от турбулентного состояния к новым упорядоченным состояниям путем перестройки аттракторов, описывают эволюционные процессы в реальных системах, находящихся в третьем состоянии. Бифуркации — это те разновидности преобразований, которые лежат в основе эволюции всех типов реальных систем от атомов химических элементов до биологических видов и целых экологии и обществ.

То, что современные подходы позволили установить относительно эволюции сложных систем, кратко можно резюмировать следующим образом. Основными элементами являются неравновесные системы, функционирование которых поддерживается каталитическими циклами в непрекращающихся потоках энергии; чередование детерминированного порядка в период стабильности с состояниями созидательного хаоса во время бифуркаций; наблюдаемая статистическая тенденция к увеличению сложности на последовательно повышающихся уровнях организации.

Автокаталитические и кросс-каталитические петли обратной связи преобладают в открытых динамических системах, далеких от равновесия, в силу высоких скоростей реакции и большой устойчивости. Но поскольку ни один самостабилизирующийся реакционный цикл не обладает полным иммунитетом от разрушения, постоянные изменения во внешней среде рано или поздно порождают условия, при которых некоторые самостабилизирующиеся циклы не могут функционировать. Системы достигают в своей эволюции точки, известной в теории динамических систем как катастрофическая бифуркация. Переход в системы третьего состояния, как показывают эксперимент и теория, существенно неопределен: он не является ни функцией начальных условий, ни функцией изменений управляющих параметров. Имеется эмпирически наблюдаемая вероятность того, что бифуркации приводят ко все более сложным системам, все более далеким от термодинамического равновесия. Со временем система обретает способность сохранять в течение более продолжительного периода более плотный поток свободной энергии и уменьшать свою удельную энтропию. Не будь такой вероятности, эволюция порождала бы случайный дрейф между все более высоко организованными состояниями вместо того, чтобы статистически необратимым образом приводить к созданию все более сложных и динамически неравновесных систем.

Все более высокие уровни организации достигаются, когда каталитические циклы одного уровня зацепляются и образуют гиперциклы — системы более высокого уровня. Так, молекулы возникают из комбинаций химически активных атомов; протоклетки возникают из последовательностей сложных молекул; эукариотные клетки возникают среди прокариотных; многоклеточные появляются среди одноклеточных и конвергируют к еще более высокому уровню экологических и социальных систем.