Сложные системы: целостность, иерархия, идентичность

© Сибирский федеральный университет, 2020

Авторы:

В. А. Устюгов (гл. 1), В. И. Кудашов (гл. 2 и 10), М. А. Петров (гл. 3), А. В. Думов (гл. 3 и 10), А. Ю. Коловская (гл. 4), Ю. В. Коловский (гл. 4), В. Н. Кульбижеков (гл. 5), Г. А. Илларионов (гл. 6), М. В. Седельников (гл. 7), Ю. В. Грицков (гл. 8), Д. В. Львов (гл. 8), Е. Р. Кроль (гл. 9)

Введение

В становлении современных представлений о сложных системах определяющая роль принадлежит философской рефлексии, даже если эта рефлексия осуществляется некоторыми творцами научного знания. Сложность понимается как очень многообразный и разносторонний когнитивно-социальный феномен, имеющий свои логические, исторические, деятельностные и институциональные изменения. Многосторонность проявлений сложных систем – самоорганизация, целостность, иерархия, идентичность и многие другие – обусловила многоаспектность философского анализа этих сторон, который мы попытались изложить в предлагаемой вниманию заинтересованных читателей монографии.

Ее авторами являются в основном сотрудники кафедры философии Сибирского федерального университета: кандидат философских наук, доцент Устюгов Виктор Анатольевич; доктор философских наук, профессор Кудашов Вячеслав Иванович; кандидат философских наук, доцент Петров Михаил Александрович, студент Думов Александр Витальевич; кандидат философских наук, доцент Коловская Анна Юрьевна; кандидат технических наук, профессор Коловский Юрий Васильевич; кандидат философских наук, доцент Кульбижеков Виктор Николаевич; кандидат философских наук Илларионов Григорий Андреевич, кандидат философских наук Седельников Михаил Валерьевич, доктор философских наук, профессор Грицков Юрий Викторович; кандидат философских наук, доцент Львов Денис Владимирович и ассистент Кроль Елизавета Робертовна.

У каждого из философов свой личностный взгляд и свое отношение к пониманию сложности и сложных систем. Поэтому каждый автор выбрал свой специфический аспект сложности, рассмотрев его в целом как особый тип бытия и организации познания или обратив внимание на философские проблемы некоторых современных сложных систем. Естественно, что эти аспекты не могут исчерпать всего многообразия современных теорий и концепций сложности, но они указывают на некоторые наиболее яркие стороны этого чрезвычайного интересного и перспективного для научного и философского познания феномена.

Авторский коллектив попытался представить стереоскопичное и разностороннее видение теоретических проблем сложности, стараясь описать их сущность максимально понятным языком, не сводя философский анализ лишь к популярному изложению. Насколько нам удалось реализовать эту непростую задачу, судить читателям.

Глава 1. К Вопросу о категориальном статусе понятия «самоорганизация»

Общеизвестно, что современная наука исследует сложные системы. Однако словосочетание «сложная система» представляется, на наш взгляд, тавтологией. «Часть – целое», «простое – сложное» исторически ранние представления, выражающие системный характер бытия. Элемент системы – это нечто простое. Любая система, поскольку она образована из элементов, есть нечто сложное по отношению к ним. «Сложное» и «простое» в обыденном, не выходящем за рамки созерцаний и представлений понимании – это нечто относительное. Элемент некоторой системы может сам быть системой, следовательно, система может быть элементом – подсистемой.

Вместе с тем эти обыденные представления определенным образом характеризуют систему как целостность. Сложность характеризует целостность как множественность, чисто внешнее случайное соотношение слагающих ее дискретных единиц. По мнению Георга Гегеля, это «очень отсталое определение»[1] не выражающее непрерывность. Обыденный взгляд на вещи не позволяет понять их как единство многообразия. Имеет ли смысл вводить представление «сложность» в понятийный аппарат теории систем для характеристики современного понимания отношений элементов, образующих целостность?

Предмет современной науки не вещи, данные нам непосредственно в чувственном опыте, а отношения вещей, массовые явления, целостность которых нам непосредственно не дана и может быть установлена только научным исследованием. Особенность систем такого типа в том, что в них совокупность как множество единичного, особенного есть вместе с тем непрерывная совокупность.

Целостности надындивидуального характера – это не абстракции нашего ума, а особые формы бытия. Целое как совокупность не составляется входящими в нее отдельными вещами, а развивается благодаря их взаимодействию, превращению в элементы системы. В классическом понимании элемент – это совокупность атомов одного вида, качественная характеристика неделимого атома. В современном понимании элементарность, целостность, неделимость имеют функциональный характер.

В процессе развития системной целостности отношение элементов меняется, что было предпосылкой, становится основанием, организацией системы. В свою очередь, основание может стать предпосылкой последующих изменений организации системы. К числу самоорганизующихся систем можно отнести, например, социальные, биологические и химические. Исследование процесса самоорганизации систем является важнейшей целью современной науки.

Преобразование оснований классической науки явилось необходимой исторической предпосылкой исследования процессов самоорганизации. Лидером революционных преобразований в естествознании были физико-математические науки. Данное обстоятельство определило форму научного дискурса тех лет. Исследование феномена самоорганизации, особенно в живой природе, сопровождалось дискуссиями о всеобщности второго закона термодинамики[2], о применимости его к системам живого, в том числе для исследования эволюционного процесса. Использовался понятийный аппарат термодинамики для характеристики самоорганизации систем: «открытые системы», «необратимые процессы», «отрицательная энтропия», «диссипативные структуры», «неравновесные процессы», «антиэнтропийные процессы», «нелинейные уравнения описывающие процесс» и другие.

Не удивительно, что в качестве типичного примера самоорганизации исследователи рассматривали так называемые «конвекционные ячейки Бенара», «когерентное (лазерное) излучение», «реакцию Белоусова – Жаботинского»[3], а не системы живой природы или социальные. Эти явления, экспериментально воспроизводимые, получили впервые обстоятельное объяснение в теории диссипативных структур И. Пригожина.

«Диссипативной структурой»[4] И. Пригожин называет спонтанную упорядоченность, возникающую в сильно неравновесных условиях, в процессе рассеивания (диссипации) энергии, поступающей в систему из окружающей среды. Порядок и хаос в теории диссипативных структур оказались тесно связанными. Кроме того, в условиях неравновесности возможно возникновение случайных событий (точки бифуркации), существенно расширяющих формы самоорганизации системы. Образование диссипативных структур должно подчиняться принципу П. Гленсдорфа и И. Пригожина (универсальный критерий эволюции): при неравновесных фазовых переходах процесс самоорганизации системы идет по пути наименьшего значения производства энтропии в открытой системе.

Существенный вклад в развитие теории И. Пригожина внес Г. Хакен. Ссылаясь на исследования Рольфа Ландауэра и Рональда Ф. Фокса он приходит к выводу, что принцип П. Гленсдорфа и И. Пригожина не является универсальным.[5] Кроме того, данный принцип не позволяет предсказать возникновение конкретных диссипативных структур, будь то форма ячеек Бенара или свойства лазерного излучения.

Г. Хакен называет «…систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную или функциональную структуру»[6]. Специфическое воздействие извне навязывает системе структуру или функционирование.

Самоорганизующиеся системы являются открытыми по веществу и энергии. Несмотря на то, что «…энергия подводится к системе в совершенно хаотической форме», система организует себя когерентно, что является «…поразительным свойством самоорганизующихся систем», по мнению Г. Хакена[7].

Как же он объясняет это поразительное свойство открытых систем? «Множество отдельных элементов открытой системы задействованы в процессе постоянного тестирования различных возможностей, предоставляемых им системой… Под воздействием непрерывно поступающей энергии (или же энергии и вещества) один или несколько типов такого коллективного движения или коллективной реакции оказывается предпочтительнее других; именно эти формы движения или типы реакций становятся преобладающими в системе. Постепенно происходит… подчинение – ими всех прочих форм движения или типов реакций»[8]. Новую дисциплину, исследующую совместное действие многих подсистем, приводящее к самоорганизации когерентного типа, Г. Хакен назвал синергетикой.

Синергетика установила связь между теорией динамических систем и статистической физикой. В дальнейшем пришло понимание, что «… кооперация многих подсистем какой-либо системы подчиняется одним и тем же принципам независимо от природы подсистем»[9]. Начав с физических объектов, последователи Г. Хакена стали исследовать самоорганизацию химических и биологических систем. Синергетика стала развиваться как междисциплинарный подход или как общая теория самоорганизации.

По мере развития синергетики как междисциплинарного подхода становилось все более очевидно, что понятийный аппарат теории самоорганизации и само понятие «самоорганизация» не имеют категориальный статус. Исследуются различные формы самоорганизации и выявляются аналогии при переходе от неупорядоченного к упорядоченному состоянию, устанавливаются общие признаки систем и формулируются принципы. К числу принципов самоорганизации В. Эбелинг[10], например, относит:

1) постоянный приток отрицательной энтропии;

2) большие отклонения от равновесия;

3) нелинейность описывающих систему уравнений;

4) кооперативное поведение подсистем;

5) усиление отклонений от неустойчивых состояний;

6) отбор и спонтанная самоорганизация в макромолекулярных системах;

7) принцип эволюции Пригожина – Гленсдорфа.

Г. Хакен, видимо, один из первых обратил внимание на проблему категориального статуса понятий теории самоорганизации. В книге «Тайны природы. Синергетика: учение о взаимодействии» он пишет: «… когда факт появления нового научного направления проникает в сознание большинства ученых (и тем более – когда добирается до сознания общественности), начинается своего рода конкурентная борьба новых названий»[11]. Он говорит о необходимости различать самоорганизацию как предмет теории хаоса, синергетики и теории динамических систем. В противном случае совершенно разные понятия «свалены в одну кучу».

О категориальном статусе тех или иных понятий науки можно говорить, если есть система взаимосвязанных понятий, каждое из которых представляет собой существенный, необходимый элемент системы. Установление категориального статуса понятий предполагает исследование отношений понятий в рамках некоторой науки. Установление категориального статуса понятий позволяет преодолеть заблуждения в науке, связанные с перенесением категорий из одной научной области в другую, избежать спутывания категорий, относящихся к разным объектам исследования.

В сознании ряда гуманитариев синергетика воспринимается как общая теория развития, дающая диалектике математический аппарат или вообще заменяющая ее. Другие «гуманитарии» пытаются философски обосновать синергетику через анализ её языка. Чем вносят немалую путаницу в понятия.

Понятие «синергетика» в современном его значении связано, прежде всего, с исследованием физической сущности явления самоорганизации в работе Германа Хакена «Синергетика». Однако этимологический анализ термина «синергетика» указывает на его происхождение от греческого слова sunergeia. По мнению С. С. Хоружия, связь понятий «синергия» и «синергетика» не случайна. Несмотря на то, что Г. Хакен и его последователи не пользуются понятием sunergeia, «… явления и процессы, изучаемые в синергетике, имеют свойства, характеризуемые синергией».

В целях реконструкции концепта синергии, неявно заключенного в синергетике, С. С. Хоружий обращается к восточно-христианской мысли. «Синергия – одно из ключевых понятий восточно-христианской духовности и мировидения. Это понятие рождается в греческой патристике и раннехристианской аскетике и обладает особою природой, в которой соединяются богословское и практическое, то есть опытное и антропологическое, измерения»[12].

Руководясь концептом синергии, сформированным на материале богословия и антропологии, С. С. Хоружий обращается к синергетическим теориям для обнаружения в них чего-то, подобного синергии. Он включает в сферу синергии в синергетике те теории, в которых исследуется согласованное, когерентное действие двух разных видов или потоков энергии, принадлежащих разным источникам.

Все эти рассуждения типичный случай омонимического спутывания понятий, следствие перенесения понятия из одной сферы в другую, без учета различий категориального статуса понятия в этих сферах.

Синергия как универсальная парадигма являет собой тенденцию отождествления названия науки о самоорганизации с объектом ее исследования, с самим явлением самоорганизации. Неизбежно возникает вопрос о категориальном статусе самоорганизации. Если считать синергетику наукой о самоорганизации, то подмена «самоорганизации» понятием «синергия» ведет к утрате синергетикой предмета исследования.

Обстоятельный анализ категориального статуса понятий теории самоорганизации дается А. П. Руденко[13]. Автор теории саморазвития открытых каталитических систем разработал свою теорию самоорганизации на материале современной химии.

Для представителей физико-математических наук химическая теория ассоциируется с квантово-механическим объяснением химической связи. Однако квантовой химией не исчерпываются достижения современной химической науки. Химия эволюционного катализа располагает весьма многообразным фактическим материалом самоорганизации неравновесных систем, возникновение которой квантовая механика не в состоянии объяснить.

Исследования в области химической кинетики и катализа начала XX века были связаны с открытием многостадийного механизма реально протекающих химических процессов, пониманием каталитической роли примесей, стенок лабораторной посуды в превращениях вещества.

Обобщив результаты этих исследований, В. И. Кузнецов пришел к выводу, что все химические реакции являются каталитическими[14]. Кроме того, было экспериментально установлено, что катализатор необратимо меняется в химическом процессе, теряя, снижая или увеличивая свою активность. Эти факты фальсифицировали классическую теорию катализа.

В классических теориях катализа, физических или химических, катализатор понимается как организация вещества, не меняющаяся в химическом процессе, хотя и принимающая участие во взаимодействии. Неизменность катализатора якобы подтверждалась фактами, а по существу абсолютизировалась. Физико-химический анализ классической науки просто не позволял обнаружить изменения катализатора. Обычно точность научных измерений соответствует тому уровню, который теория может объяснить.

В неклассической теории катализа принимается и объясняется факт изменения катализатора, например в теории активных ансамблей Н. И. Кобозева катализатор понимается как энергетическая ловушка – агграватор, поглощающий энергию реакции. По мере усложнения катализатора его активность возрастает по экспоненциальному закону[15].

Изменения катализатора энергетически связаны с превращением вещества, стабилизируются энергией реакции (стационарный режим). Вне химической реакции катализатор не существует. Точно так же и определенный механизм химического реагирования связан с определенным катализатором.

Исследование изменений катализатора, сопряженных с энергией базисной реакции, и последующего перехода катализатора к стационарному состоянию в некоторых определенных условиях позволило утверждать, что химический процесс фактически сам для себя создает условия протекания[16].

Катализатор – это не особый класс химических веществ, а функция химического вещества в процессе. Таким образом, катализатор и реакция, протекающая при его участии, может быть понята как единая открытая каталитическая система – качественно новая форма существования вещества.

Анализируя многообразные факты саморазвития химического вещества, наблюдаемые в реальных каталитических актах, А. П. Руденко разработал теорию саморазвития открытых элементарных каталитических систем. Его исследования были связаны с качественным изменением оснований химической науки. Новой, неклассической химией стала химия эволюционного катализа, изучающая условия и закономерности химической эволюции вещества.

Элементарная открытая каталитическая система – это целостный, неделимый в функциональном отношении объект, кинетический континуум. Каталитическая система открытая, так как условием ее существования является непрерывный обмен веществ и энергии с окружающей средой. Деструктивный процесс поступающих извне веществ, осуществляемый системой, поддерживает ее организацию и способствует изменениям.

Элементарная открытая каталитическая система – временное образование, поскольку существует за счет работы химического процесса против сил теплового равновесия.

Элементарный химический состав и химическое строение сами по себе не позволяют охарактеризовать поведение кинетического континуума, если они не связаны с эволюционно значимыми изменениями системы – изменениями ее каталитической активности[17]. Для химии эволюционного катализа особенно важны факты многократного изменения природы катализаторов, связанные с изменением каталитических свойств.

Основной закон химической эволюции, по мнению А. П. Руденко, связывает вероятность последовательных изменений каталитических систем с прогрессивностью эволюционных изменений. Теория саморазвития открытых каталитических систем исследует возможность, направленность эволюционных изменений, а также пределы и основные этапы химической эволюции.

Этапы эволюционных изменений ограничиваются пределами развития каталитических систем. А. П. Руденко выявляет пределы саморазвития, анализируя физико-химические формы проявления основного закона эволюции в конкретных условиях осуществления эволюционного процесса. Всего он обнаруживает три предела развития: вероятностный и два кинетических[18]. Его анализ позволяет обосновать возможность существования определенных этапов химической эволюции и предсказать последовательность смены этих этапов. Преодоление пределов саморазвития каталитических систем сопровождается качественными изменениями их организации и функций, появлением новых эволюционно значимых характеристик.

Он предсказывает существование общего предела саморазвития открытых каталитических систем, преодолевая который химическая эволюция дает начало биологической эволюции. В результате преодоления общего предела саморазвития (второй кинетический, концентрационный предел) у эволюционирующей системы появляется свойство точной пространственной редупликации сложных открытых каталитических систем. Химическая система превращается в живую систему. Жизнь – это способная к самовоспроизведению открытая система. Этим качеством самоорганизация живой системы отличается от самоорганизации открытой химической системы.

По мнению А. П. Руденко, теория саморазвития элементарных открытых каталитических систем дает ценный в научном отношении материал проявления простейших, фундаментальных принципов самоорганизации на химическом уровне материального взаимодействия, что может быть важным вкладом в разработку общей теории самоорганизации.

Ученый предлагает различать два типа самоорганизации: континуальную и когерентную. Самоорганизация элементарной открытой каталитической системы совершается по континуальному типу. Название типа самоорганизации происходит от понятия «кинетический континуум». Главным условием самоорганизации данного типа является неравновесность. Источником самоорганизации является полезная работа против равновесия, совершаемая за счет обмена веществ и энергии открытой системы.

Когерентный тип самоорганизации исследовал Г. Хакен. Когерентность означает кооперированное взаимодействие в макросистеме. Предполагая, что данный тип самоорганизации универсален, Г. Хакен называет теорию самоорганизации синергетикой. Однако и теория диссипативных структур, и синергетика не исследуют континуальный тип самоорганизации, тем более саморазвитие континуальной самоорганизации. Следовательно, ни теория диссипативных структур, ни синергетика не являются универсальными теориями самоорганизации. Таково мнение А. П. Руденко. Независимо от А. П. Руденко к аналогичному выводу пришел В. Эбелинг. Он утверждает, что самоорганизация когерентного типа «не является универсальным свойством материи, а существует лишь при особых внутренних и внешних условиях; вместе с тем это свойство не связано с каким-то особым классом веществ»[19]. Самоорганизация структур возможна в условиях, когда отдача энтропии превысит некоторое критическое значение.

Преимущества континуальной теории самоорганизации очевидны. А. П. Руденко не только объясняет существование элементарной, в функциональном отношении неделимой, открытой системы – кинетического континуума, но разрабатывает математический аппарат теории саморазвития элементарных открытых каталитических систем, количественно характеризуя прогрессивную химическую эволюцию вплоть до возникновения жизни. Таким образом, теория А. П. Руденко в отличие от синергетики Г. Хакена включает не только континуальный тип самоорганизации, но и когерентный, является действительно общей теорией.

Источником терминологической путаницы в области понимания самоорганизации у представителей социально-гуманитарных наук, а также математических школ в области синергетики, по мнению А. П. Руденко, является абстрагирование от физической сущности процессов организации и самоорганизации. Вследствие этого самоорганизацией называют любые процессы упорядочения элементов системы, протекающие самопроизвольно.

Фактический материал современной химии позволяет выделить два типа объектов: с равновесной и неравновесной организацией. Объекты с равновесной организацией были предметом классической химии. Классическая химия абсолютизировала дискретные формы бытия химического вещества. Некоторые из этих форм имеют молекулярное строение, другие являются комплексными соединениями, сэндвичевыми соединениями и прочее, но все они стабильны во времени. Стабильность этих веществ не безусловная, а относительная. Условием их неизменности является постоянство температуры. Кристаллическая форма вещества также является объектом с равновесной организацией. Квантовая механика объясняет стабильность организации системы ядер и электронов. Равновесное упорядочение некоторой системы может быть получено экспериментально в ходе самопроизвольно протекающего процесса, стремящегося к равновесию и сопровождающегося выделением энергии.

Объекты с неравновесной организацией – это, например, элементарные открытые каталитические системы – предмет химии эволюционного катализа. Эти системы поддерживают свою организацию в стационарном состоянии за счет обмена веществ и энергии с окружающей средой.

А. П. Руденко предлагает термином «самоорганизация» обозначить неравновесное упорядочение, а термином «организация» упорядочение равновесного типа. Эти типы упорядочения имеют общие свойства, которые, как правило, ошибочно приписывают всем самоорганизующимся системам. Ошибок и терминологической путаницы можно избежать, если ясно понимать физические основы самоорганизации[20].

Самоорганизация как неравновесное упорядочение является всеобщим условием существования любых материальных систем. А. П. Руденко обобщил исследования процессов самоорганизации открытых химических систем. Исследование биологических систем в XX веке под термодинамическим углом зрения позволило понять, что они существуют, поддерживают организацию процессов, называемых жизнью, благодаря обмену веществ и энергии с окружающей средой. Карл Маркс в «Капитале» характеризует труд как «всеобщее условие обмена веществ между человеком и природой, вечное естественное условие человеческой жизни, и потому он не зависим от какой бы то ни было формы этой жизни, а, напротив, одинаково общ всем её общественным формам…»[21].

Наука оперирует понятиями «открытая система», «закрытая система», онтологизирует данные абстракции. Но могут ли действительно существовать закрытые системы? Могут ли быть объекты, чье существование ничем не обусловлено, могут ли быть не взаимодействующие формы бытия? Очевидно, что закрытая система – это конструкция познающего разума, характерная для классической науки. В действительности вне взаимодействия формы материального бытия – вещи – существовать не могут, и в этом смысле они всегда открыты.