Читать книгу Хаос и космос в ментальности субъекта - А. В. Сухарев - Страница 4

Прежде чем приступить к рассмотрению представлений о хаосе и порядке в естественных науках приведем некоторые определения, необходимые для их описания. В естественно-научных исследованиях исходным для описания материального мира как структурно упорядоченного образования выступает понятие «система». Данное понятие происходит от древнегреческого слова σύστημα – «целое, составленное из частей; соединение». В качестве рабочего можно взять определение одного из основоположников общей теории систем Л. Берталанфи, который определял систему как комплекс взаимодействующих элементов. Причем количество элементов системы считается ограниченным (Берталанфи, 1969, с. 23–82). На понятии «система» базируются структурные уровни организации материи, отдельные целостные объекты внутри этих уровней и т. д.

В понятие системы входит представление о ее элементах (от лат. elementum – «первичная материя, стихия; первоначало»). Элемент рассматривается как условно неразложимый компонент системы, без которого она не существует. В качестве элементов могут выступать целые «подсистемы» тех или иных систем, например, в системе энергообеспечения автомобиля можно рассматривать электрическую и топливную подсистемы.

Помимо комплекса элементов, составляющих систему, рассматривается также определенная структура (организация) связей (соотношений) данных элементов. Структуру можно определить как совокупность устойчивых связей между ее элементами. В понятие структуры включается и пространственное расположение элементов, и соотношение между этапами ее развития, т. е. организация элементов структуры во времени и в пространстве.

Структура системы определяется, прежде всего, устойчивыми закономерными связями элементов. Наиболее значимыми являются закономерные интегрирующие связи, обусловливающие целостность системы, т. е. собственно ее системность (Садовский, 1974).

Принято считать, что качество системы определяется структурой, отношениями, связями внутри системы. В частности, данной позиции придерживаются представители школы структурно-функционального анализа (Парсонс, 1998), где абсолютизируется роль структуры и основное внимание уделяется именно структурным феноменам. При таком подходе вне внимания остаются не только субстраты[2] (элементы системы), но и детерминация развития системы.

Конечно, структура систем является относительно независимой от природы субстратных элементов. На основе такого рода изоморфизма структур разработан метод кибернетического моделирования. Изоморфизм систем заключается в том, что, абстрагируясь от природы субстратных элементов, каждому элементу одной системы соответствует лишь один элемент другой системы и каждому отношению (связи) соответствует связь в другой системе и наоборот (Бирюков, 1989, с. 209).

Вместе с тем теоретическое познание субстрата различных конкретных процессов означает раскрытие их структуры, законов структурных отношений, определение тех материальных объектов, взаимодействие которых определяет свойства исследуемых явлений. Природа субстратных элементов обусловливает структуру их взаимосвязи. Разные субстратные элементы детерминируют разные структуры – нейроны определяют структуру нейронных систем (мозга и др.), совокупность растительных и животных форм, микроорганизмов, грибов определяет структуру биоценоза и т. п. Качество системы, таким образом, определяется как природой субстратного элемента, так и их взаимодействием, то есть структурой.

Проблема соотношения хаоса и порядка в естественных науках возникла в связи с переходом от рассмотрения линейных систем к нелинейным. Линейные системы описываются линейными уравнениями, у которых приращение функции пропорционально приращению аргумента, то есть данная функция является обобщением соотношения прямой пропорциональности.

Реальные линейные системы характеризуются гомогенностью (изменение входного сигнала приводит к пропорциональным изменениям на выходе), аддитивностью (суммирование входных сигналов приводит к аналогичному изменению выходного сигнала), инвариантностью (смещение входного сигнала во времени приводит к аналогичному изменению выходного сигнала). В качестве примеров физических линейных систем можно рассматривать распространение электрических или звуковых волн, электрические схемы, состоящие из конденсаторов, индуктивностей и резисторов, а также многие другие.

Нелинейной функцией называется математическое соотношение между переменными, не являющееся линейной функцией. Примерами таких соотношений могут быть: мультипликативные функции типа f(ху)=f(х)f(у), степенные функции типа у=aхⁿ и др. Например, нелинейной является функция: у=х². Физические нелинейные системы описываются нелинейными уравнениями. Примером нелинейных физических систем могут служить различные искажения ламинарных потоков жидкости (турбулентность), сигналов (в транзисторах, супергетеродинах) и др.

Одной из наиболее характерных особенностей нелинейных систем является нарушение в них принципа суперпозиции. В данных системах искажение формы гармонического внешнего воздействия и неприменимость к ним принципа суперпозиции позволяют осуществить с их помощью генерирование и преобразование частоты электромагнитных колебаний – выпрямление, модуляцию колебаний и т. д.

Выделяют два класса нелинейных систем – консервативные и диссипативные[3]. В консервативных системах энергия колебательных процессов сохраняется, а в диссипативных системах рассеивается или поступает в систему из внешних источников. Для учета процессов диссипации (рассеяния) энергии в таких системах при определенных условиях может быть введена диссипативная функция. Если диссипация энергии происходит в замкнутой системе, то энтропия (мера неупорядоченности системы) возрастает. Использование представления о хаосе, наряду с представлением о наличии во Вселенной порядка, связано с исследованием нелинейных процессов.

В современных исследованиях, в частности, в нейробиологии, исследованиях функционирования мозга и др., использование представлений о хаосе и порядке широко распространено (Евин, 2005; Шульгина, 2007, 2018; и др.).

Достаточно наглядным примером взаимодействия хаоса и порядка является теория течений в гидродинамике. Ссылаясь на Мишеля Серра, И. Пригожин и И. Стенгерс обращают внимание на интерес древних атомистов к явлению турбулентности в жидкости. Лукреций писал, что иногда в самое неопределенное время и в самых неожиданных местах вечное и всеобщее падение атомов испытывает слабое отклонение – клинамен. «Возникающий вихрь дает начало миру, всем вещам в природе. „Клинамен“, спонтанное непредсказуемое отклонение, нередко подвергали критике как одно из наиболее уязвимых мест в физике Лукреция, как нечто, введенное ad hoc. В действительности же верно обратное: „клинамен“ представляет собой попытку объяснить такие явления, как потеря устойчивости ламинарным течением и его спонтанный переход в турбулентное течение. Современные специалисты по гидродинамике характеризуют устойчивость течения жидкости, вводя возмущение, выражающее влияние молекулярного хаоса, который накладывается на среднее течение. Не так уж далеко мы ушли от „клинамена“ Лукреция!» (Пригожин, Стенгерс, 2005, с. 128)[4].

Долгое время, пишут Пригожин и Стенгерс, турбулентность отождествлялась с хаосом или шумом. Однако, несмотря на то что на макроскопическом уровне турбулентное течение кажется хаотическим (беспорядочным), на микроуровне оно является высокоорганизованным. Турбулентность соответствует когерентному поведению многих миллионов молекул. «С этой точки зрения, – пишут Пригожин и Стенгерс, – переход от ламинарного течения к турбулентности является процессом самоорганизации. Часть энергии системы, которая в ламинарном течении находилась в тепловом движении молекул, переходит в макроскопическое организованное движение» (там же).

Еще одним известным примером неустойчивости стационарного состояния, приводящей к явлению спонтанной самоорганизации, может служить так называемая неустойчивость Бернара. Она возникает в горизонтальном слое жидкости с вертикальным градиентом температур. В данном случае нижняя поверхность слоя жидкости нагревается до температуры, более высокой, чем на поверхности жидкости. В результате в жидкости образуется стационарный тепловой поток снизу вверх. При определенном пороговом значении градиента температур стационарный перенос тепла осуществляется только посредством теплопроводности, затем без конвекции переходит в неустойчивое состояние и, далее, возникает конвекция. При конвекции происходит согласованное движение множества констелляций молекул и перенос тепловой энергии возрастает. Таким образом, после критического значения градиента температур самопроизвольно устанавливается новый молекулярный порядок. Так называемые ячейки Бернара, представляющие собой определенные «ансамбли молекул» (или, например, любые кристаллические решетки), являются уже структурами совершенно иной, по сравнению с прежней, природы. Пригожин и Стенгерс ввели представление о диссипативной структуре, «чтобы подчеркнуть тесную и на первый взгляд парадоксальную взаимосвязь, существующую в таких ситуациях, с одной стороны, между структурой и порядком, а с другой – между диссипацией, или потерями… В ячейке Бернара тепловой поток становится источником порядка… Таким образом, взаимодействие системы с внешним миром может стать исходным пунктом в формировании новых динамических состояний – диссипативных структур» (там же, с. 129–130).

В связи с формализацией описания приведенных выше типов явлений, обладающих особым характером, возникла математическая теория хаоса, представляющая собой аппарат, описывающий поведение ряда нелинейных динамических систем, при определенных условиях подверженных явлению, известному как хаос (динамический хаос, детерминированный хаос). Поведение такой системы может казаться случайным, хотя модель, описывающая систему, вполне детерминирует ее поведение. В качестве примеров подобных нелинейных динамических систем можно привести такие системы, как биологические популяции, атмосфера, некоторые типы сердечных аритмий и др.

Немецкий ученый Г. Хакен назвал теорию самоорганизации синергетикой[5] (теория совместного действия) (Хакен, 2003)[6]. Синергетика (от гр. συν- приставка со значением совместности, ἔργον – «действие, деятельность»), изучает такие взаимодействия элементов системы, которые приводят к возникновению пространственных, временных или пространственно-временных структур в макроскопических масштабах. Данное возникновение происходит в точке бифуркации[7] – моменте смены установившегося режима работы системы. Особое внимание уделяется структурам, возникающим в процессе самоорганизации. На практике синергетика представляет собой междисциплинарное направление в исследовании сложных систем, состоящих из многих подсистем различной природы. Такими подсистемами могут быть множества электронов, атомов, молекул, клеток, нейронов, механических элементов, органов животных, людей, транспортных средств и т. д.

Из самого замысла синергетики, как широкого междисциплинарного направления научных исследований, предполагается и возможность ее применения к наукам о человеке и обществе, в гуманитарной сфере. В одной из своих книг Пригожин отметил: «Для большинства основателей классической науки (и даже для Эйнштейна) наука была попыткой выйти за рамки мира наблюдаемого, достичь вневременного мира высшей рациональности – мира Спинозы. Но, может, существует более тонкая форма реальности, охватывающая законы и игры, время и вечность» (Пригожин, 1985, с. 216). Речь идет о том, что помимо рациональности, обеспечивающей порядок в сознании, в объяснении мира как-то должен быть учтен и хаос, неопределенность, которую современная наука, похоже, уже никак не может сбрасывать со счетов.

На наш взгляд, пафос классической работы Пригожина и Стенгерс «Порядок из хаоса» можно в целом выразить их же словами: «Старое априорное различие между научными и этическими ценностями более неприемлемо. Оно соответствовало тем временам, когда внешний мир и наш внутренний мир находились в конфликте, были почти „ортогональны“ друг другу. Ныне мы знаем, что время – это некоторая конструкция и, следовательно, она несет некоторую ответственность» (Пригожин, Стенгерс, 2005, с. 260). Приведенные выше высказывания подчеркивают то, что мы стоим перед свершившимся фактом: наука в целом теперь уже является «нравственной силой» (А. С. Панарин). Естествознание вторгается в ту с трудом поддающуюся описанию область непредсказуемого, которая традиционно являлась предметом исключительно гуманитарного познания.

В естественно-научных исследованиях как хаос (детерминированный хаос, динамический хаос), так и порядок понимаются в качестве формализованных характеристик пространственных и временных отношений и взаимодействий элементов систем. Несмотря на то что характер взаимодействий в различных системах зависит от субстрата составляющих конкретные системы элементов, возникновение порядка из хаоса, то есть образование новой структуры, здесь рассматривается в качестве общего закона. С данных позиций системы с хаотическим поведением, как ни парадоксально это звучит, являются детерминированными. Такое использование понятия «хаос» отличается от его значения, используемого в мифологии и философии, и определяется обычно в узком смысле как бесформенная, неупорядоченная совокупность материи и пространства, в противоположность порядку.

Соотношение хаоса и порядка можно проиллюстрировать на примере законов термодинамики. Второе начало термодинамики в формулировке немецкого физика Р. Клаузиуса констатирует, что теплота не переходит самопроизвольно от холодного тела к более горячему. Первое начало термодинамики, то есть закон сохранения и превращения энергии, не запрещает перехода теплоты от холодного тела к горячему, но при условии, что количество энергии в данной замкнутой системе останется прежним. Однако такой переход в реальности никогда не происходит.

Указанные процессы перехода теплоты характеризуются энтропией, определяемой как мера неупорядоченности системы. Используя данное понятие, второе начало термодинамики можно сформулировать так: при самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает. Физический смысл возрастания энтропии сводится к тому, что состоящая из некоторого множества частиц изолированная система стремится перейти в состояние с наименьшей упорядоченностью движения частиц, другими словами в состояние термодинамического равновесия, в котором движение частиц хаотично. При этом абсолютное термодинамическое равновесие и понимается как состояние с максимальной энтропией системы, то есть хаос.

Суть теории изменений Пригожина заключается в том, что при определенных условиях энтропия может обусловливать возникновение порядка, упорядоченного состояния системы.

* * *

Таким образом, в естественно-научных исследованиях формулировка «соотношение хаоса и порядка» описывается математическими моделями и является максимально формализованной. Роль субстрата, то есть специфики элементов исследуемых систем, здесь практически не учитывается, изначально формализуется и является второстепенной. По существу, если мы будем говорить о соотношении неупорядоченности и порядка, то смысл данной формулировки не изменится, она будет лишь менее интригующей.

Проблемой, к которой мы обратимся в последующих разделах, является выявление роли не только «хаоса и порядка» в системах, но и роли специфики субстратных элементов ментальности. Этот учет необходим для научных исследований в гуманитарной сфере – индивидуального и коллективного субъекта (личности, культуры, общества и т. п.). В теоретическом построении для гуманитарных систем следует принимать во внимание не только естественно-научные характеристики порядка и неупорядоченности, но и содержание субстратных элементов как образных единиц психического (Шихирев, 1993). Это обеспечило бы необходимую полноту познания субъекта, его индивидуальных и коллективных психических проявлений в сочетании гуманитарного и естественно-научного подходов. Оптимальным было бы использование данного сочетания в рамках единого теоретико-методологического подхода.

Рассмотрим далее, как используются представления о хаосе и порядке в современных гуманитарных исследованиях.