On-line кабінет Олександра Болдачева Новації (книга) - Самоорганізація синергетична та новаційна
99. Про безпосереднє, буквальне розуміння самоорганізації
На якийсь час забудемо про спеціально синергетичний зміст слова «самоорганізація» і поміркуємо про те, що ми маємо на увазі, і про наші очікування, пов'язані з науковою реалізацією теорії самоорганізації. Тобто, що таке процес самоорганізації деякої, навіть найпростішої, системи (фізичної, хімічної, біологічної, соціумної), якщо забути у тому, що самоорганізація є утворення диссипативних структур у нерівноважних середовищах?
Перш за все умовимося, що під системою, представленою як результат самоорганізації, в даному конкретному випадку хотілося б розуміти сукупність елементів, об'єднаних тією чи іншою мірою стабільними зв'язками, що має структуру та специфічні системні якості, що не зводяться до якостей елементів [16] . Саме наявність фіксованих зв'язків між елементами відрізняє цікаві для нас системи від стохастичних, форма яких задається виключно зовнішніми межами, а якості визначаються випадковою взаємодією елементів. Стохастичні системи - такі як газ, рідина або їх потоки, коректніше називати середовищами, щоб відрізняти їх від систем, що мають структуру, тобто однозначні відносини між елементами.
Отже, на початок процесу самоорганізації ми повинні мати набір не взаємопов'язаних (що мають фіксованих стійких зв'язків) елементів майбутньої системи. Ці елементи можуть бути однотипними або різноманітними, зосередженими або об'єднаними в інші системи. Для нас важливий лише факт наявності елементів та попередньої відсутності самої системи. Тоді під самоорганізацією можна розуміти мимовільне (самостійне) об'єднання розрізнених елементів у систему — можна сказати самоскладання, на противагу складаннясистеми під впливом зовнішньої цілепокладальної сили (волі)
Безумовно, уявлення самоорганізації як початкової самоскладання системи є чистим, граничним її варіантом — у загальному випадку під самоорганізацією розуміється будь-яке ускладнення вже існуючої системи. Проте, насправді, будь-яке ускладнення системи завжди можна як формування у межах якоїсь нової системи (підсистеми). Отже, самоорганізацію ми повинні розглядати або знову ж таки як чистий варіант самоскладання системи (в даному випадку підсистеми), або взагалі відмовитися від терміна «самоорганізація», констатуючи, що підсистема формується під впливом зовнішньої системи, яка, у свою чергу, сама є підсистемою якоїсь більшої системи і т.д. (Див. далі про індукціоністський підхід до аналізу систем, суд. 251).
100. Про наочні приклади самоорганізованих систем
Перший приклад, що приходить на думку, що ілюструє розглянуту чисту схему самоорганізації (тобто, як самоскладання) - це процес кристалізації. "На вході" - хаотично розподілені атоми (або молекули), "на виході" - кристал, тобто система елементів, що утворюють однозначну стабільну структуру. Процес формування системи-кристалу відбувається з абсолютним виконанням умови «самості» — його структура визначається виключно властивостями елементів, а процес кристалізації починається спонтанно і проходить без зовнішнього формотворчого втручання. Взагалі, самоорганізацію кристалів можна як окремий випадок мимовільного утворення систем з атомів хімічних елементів. Тобто всі хімічні реакції, у яких утворюються молекули (структуровані системи атомів), можна як приклади чистої самоорганізації.
Можна навестиприклади самоорганізації та в галузі фізики. До таких можна віднести об'єднання розрізнених елементарних частинок (нуклонів і електронів) в атоми, утворення супутникових гравітаційних систем - масивних тіл, що обертаються один навколо одного.
Зрозуміло, що наведені приклади систем, що самозбираються, не зовсім те, що хотілося б обговорювати при розмові про самоорганізацію. У формуванні найпростіших фізичних і хімічних систем немає жодної загадки, їхня природа цілком достовірно описується наявними теоріями. Від теорії самоорганізації хотілося б отримати відповідь на питання, як формуються принципово нові системи, які раніше не існували, а не на питання, як самозбираються «стандартні» фізичні та хімічні утворення — атоми, кристали, молекули.
101. Синергетична самоорганізація та еволюційні новації
Ці новаційні очікування певною мірою почала виправдовувати синергетика, досліджуючи феномен утворення дисипативних структур. Справді, що у нерівноважних відкритих середовищах структури, хвилі, коливання немає закономірне наслідок взаємодії елементів цих середовищ. Сама можливість формування диссипативних структур (на відміну елементарних фізичних і хімічних систем) не визначається характеристиками елементів середовища. Структури виникають спонтанно з хаосу та певною мірою можуть сприйматися як новаційні. Але існує низка проблем, що обмежують розширювальне тлумачення уявлень про синергетичну самоорганізацію як «загальну теорію самоорганізації та еволюції».
По-перше, найголовніше, дисипативні структури — це системи. Вони за своєю природою є лише регулярними ущільненнями середовищ (потоків) чи періодичними змінами їх характеристик. Дисипативні структури – це не структуриелементів, об'єднаних однозначними зв'язками, а лише деякі зовні тимчасові або просторові (геометричні) форми організації середовища. Вони не мають жодних властивостей, системних якостей і т.д.
По-друге, формування диссипативних структур так само закономірно і однозначно відтворюється в експериментах, як згадані процеси утворення молекул, кристалів та атомів. Для цього потрібні лише більш екзотичні умови, ніж, наприклад, традиційні для хімії та фізики температурні обмеження. Отже формування диссипативних структур принципово неспроможна розглядатися як еволюційний феномен, тобто невоспроизводимый і необоротний процес (за термінологією, запровадженої суд. 6).
Отже, формування диссипативних структур можна представляти як самоорганізацію, лише в сенсі переходу певного середовища (потоку) з одного стану в інший — менш упорядкованого в зовні більш упорядковане, яке до того ж не є новаційним. З зовні формального боку (тобто не за своєю природою) утворення дисипативних структур не відрізняється від інших прикладів утворення хвиль та періодичних коливань у фізичних та хімічних середовищах.
Отже, синергетика, пробудивши інтерес до феномену самоорганізації, поставила більше запитань, ніж відповідала. Вона намітила деякий напрямок руху до розуміння того, як з «нічого» формується «щось», з неорганізованого — організоване. Як теорія, що описує лише зовні формальну бік переходу від хаосу до порядку і не зачіпає принципів формування систем (зв'язки, елементи, функціонування), синергетика неспроможна претендувати роль теорії «самоорганізації складних систем», під якими зазвичай маються на увазі біологічні та соціумні освіти. Однак проблема,як мені бачиться, тут швидше не в потенційних можливостях синергетики чи будь-якої іншої теорії, а в неоднозначності трактування поняття «самоорганізація складних систем». Основна проблема, як не дивно, це саме виділення поза фізичною та хімічною сферами самоорганізованих систем як таких.
102. Біологічні та соціумні системи, що самоорганізуються
Так, справді, у цих прикладах ми спостерігаємо реальне формування систем — об'єднання розрізнених елементів (хімічних молекул, людей та технічних пристроїв) у складні структури. Але чи можна уявити процес утворення цих систем як самоскладання — самостійне поєднання раніше незалежних елементів? Нагадаю, що під «самостійністю» тут розуміється мимовільне, зовні не кероване утворення зв'язків - як при освіті молекул, кристалів, атомів (або структур у дисипативних середовищах). Так ось із «самістю» і виникають проблеми.
Формування, наприклад, конкретного одиничного біологічного організму як системи визначається не набором його вихідних елементів (які насправді однакові й у амеби, й у слона), а попередньо заданої, попередньої, зовнішньої організму генетичної програмою біологічного виду. Ми ж не вважаємо процес збирання автомобіля за кресленнями його самоорганізацією. Хоча, звісно, «складання» біологічного організму — це щось інше. Він сам себе збирає. Але ж «за кресленнями» ж — відповідно до зовнішньо визначеної програми.
Однак уявлення про зовнішню передзаданість складання біологічного організму можна обійти, прийнявши гени (молекули ДНК), що передаються від батьків, за елементи вихідного набору нарівні з іншими хімічними інгредієнтами, необхідними для будівництва системи. Тоді формування організму цілком може виглядати яклокальне самоскладання, аналогічне самоскладання атомів і кристалів. Безумовно, процес формування організму набагато складніший, ніж об'єднання кількох елементарних частинок або атомів, і поки що досконало не вивчений. Але за своєю сутністю він достатньо раціональний і відтворюваний, і не оточений загадковим ореолом новаційної самоорганізації.
103. Відтворення та новаційний системогенез
Отже, вирішення проблеми самоорганізації неспроможна зводитися до відповіді питання: як відтворюються існуючі системи (фізичні, хімічні, біологічні, соціумні). Проблематичним є сам факт першого, новаційного утворення систем — новаційного системогенезу. Повертаючись до питання самоорганізації біологічного організму, акцент із реалізації попередньої програми слід змістити на походження самої програми.
Так ось, ми неминуче приходимо до висновку, що проблема самоорганізації в широкому філософському сенсі не є проблемою «самоорганізації систем». Проблема самоорганізації, що формулюється в термінах самоскладання систем з елементів, зводиться до вирішення приватних завдань відтворення систем (фізичних, хімічних і т.д.). У рамках еволюційної парадигми постановка проблеми самоорганізації — це насамперед формулювання питання про новаційну, історично першу освіту системи, тобто про новаційний системогенез.
Якщо й говорити про якусь реальну самоорганізацію (а не про відтворення систем), то лише стосовно таких систем, як авангардні еволюційні, або до Світу як єдиної системи, що реально самоорганізується. Щоправда, чи можна застосовувати термін «самоорганізація» до окремого унікального об'єкта, яким постає перед нами Світ? Адже визначити, чи є чи не є системасамоорганізується, можна тільки перебуваючи поза нею, тобто з позиції стороннього спостерігача, зайняти яку щодо Миру ми не можемо. Більше того, безглуздо стверджувати, що Світ самоорганізується, оскільки його стан у кожний конкретний час є повною мірою організованим. І, звичайно, не можна говорити про якусь самоорганізацію, оскільки за визначенням для Світу ніякого не «само» бути не може.
І повертаючись знову до синергетики, повторю головні висновки з попередніх суджень. Застосувати формалізм самоорганізації диссипативних структур до новаційної появи та подальшого відтворення біологічних або соціумних систем принципово неможливо, оскільки останні не є середовищами зі стохастично розподіленими елементами, а є складними системами з фіксованими структурами. І взагалі самостійну проблему самоорганізації систем виділити важко — вона розпадається на низку спеціально наукових проблем: відтворення локальних систем, новаційний системогенез, тобто поява систем de novo, і проблему новаційно-еволюційного становлення Світу. (Про варіант вирішення проблеми самоорганізації див. суд. 259.)
104. Самоорганізація та амеби
При дослідженні зовнішніх характеристик процесу утворення колоній — концентричного поширення речовини та хвилеподібного стягування амеб до центру — було зазначено, що цей процес може бути описаний «синергетичною» мовою, тобто нелінійним рівнянням. Але чи коректно розглядати сам феномен утворення колонії як приклад самоорганізації за синергетичним типом, тобто як ілюстрацію утворення структури у нерівноважному середовищі? При розгляді феномена утворення колонії амеб ми маємо два різні об'єкти дослідження, які стосуються зовсім різногосфер. Перший — біологічно (зокрема генетично) зумовлений тип поведінки конкретного виду одноклітинних організмів. Слід зауважити, що інші види одноклітинних, у яких би нерівноважних умовах вони не знаходилися, не здатні до подібної поведінки. Другий об'єкт - це просторово-часова форма реалізації колективної поведінки. І немає нічого дивного і чудового в тому, що процес утворення колонії амеб може бути описаний нелінійними рівняннями - його темпорит задається концентричним потоком хімічної речовини. Отже, як і формування біологічних організмів, феномен утворення колоній амебами Dictyostelium discoideum не може розглядатися як самоорганізація за синергетичним типом, оскільки ці процеси утворення систем зумовлені зовнішньою для організмів генетичною програмою. У прикладі з амебами синергетичного опису піддається лише зовнішня просторово-тимчасова форма сповзання одноклітинних, що визначається нелінійним процесом поширення хімічної речовини.
Аналіз прикладу з колективною поведінкою амеб Dictyostelium discoideum у текстах, присвячених самоорганізації, має одну примітну особливість, що підтверджує висновок про обмеження галузі застосування синергетичного формалізму лише процесами у нерівноважних потоках. Зазвичай при розгляді поведінки амеб залишається поза увагою факт утворення реальної системи, тобто процес диференціації одноклітинних з формуванням «ніжки» та «головки». Опускається цей процес дійсної самоорганізації зі зрозумілих причин — у ньому явно не видно участі нелінійних потоків.
[16] Це робоче, що далеко не вичерпне визначення системи. В останній частині книги воно буде суттєво розширено за рахунок розглядусистем, які не локалізовані в просторі, а отже, не мають однозначної структури.