Читаем Тайны природы. Синергетика: учение о взаимодействии онлайн бесплатно

Природа — и прежде всего, растительный и животный мир — вновь и вновь поражает нас разнообразием своих форм и изяществом их структур, взаимодействие отдельных элементов которых исполнено глубочайшего смысла. Как возникают эти структуры, какие силы порождают их? Решение этих вопросов — главная задача СИНЕРГЕТИКИ, основоположником которой является автор данной книги, Герман Хакен.

Синергетика — это область междисциплинарных исследований, ведь изучаемые ею явления вездесущи, и занимаются ими представители многих наук: физики, химии, биологии, психологии, истории, политики и экономики. В предисловии к этому переработанному и расширенному изданию автор пишет: «Синергетика — в высшей степени живая наука. Для меня очень важно донести до читателя ее идеи и показать, как эти идеи становятся основой для интерпретации процессов самоорганизации. Последнее десятилетие принесло нам множество удивительных открытий, сделанных благодаря использованию принципов синергетики, и я не сомневаюсь в том, что исследователи самоорганизующихся комплексных систем находятся еще только в самом начале долгого интересного пути.»

Книга, которую Вы держите в руках, можно сказать, уже пережила немалый успех: впервые опубликованная в 1981 году издательством Deutschen Verlags-Anstalt, она выдержала несколько переизданий, а затем дважды появилась в карманной серии Ullstein. Параллельно с этим увидели свет и ее переводы на китайском, английском, итальянском, японском и испанском языках. На предложение господина Петерсена подготовить эту книгу для издания в Rowohlt я согласился с воодушевлением: это означало, что написанное мною много лет назад остается-таки актуальным до сих пор, и одновременно давало естественный повод проверить, до какой степени актуальным. Синергетика, помимо всего прочего, дает полное пониманию того, что в определенных ситуациях даже небольшие изменения внешних условий могут приводить к внезапным и радикальным изменениям в системе. Насколько это положение соответствует духу времени, можно видеть на примере, скажем, такого понятия, как «глобальная климатическая катастрофа».

Представленные в предыдущих изданиях основополагающие результаты остались неизменными, однако за прошедшее время синергетика была внедрена во многие новые области науки, что и нашло свое отражение в последующих главах. Одна из таких глав — десятая — посвящена координации движений, важному направлению в физиологических исследованиях, и имеющему огромное значение при решении вопросов, связанных, например, с реабилитацией. Читатель сможет убедиться, что и здесь синергетика предоставляет нам основу для переосмысления многих процессов.

К уже существовавшей ранее главе о хаосе я добавил еще одну, освещающую теоретические положения этой отрасли науки. Это показалось мне тем более уместным, что о теории хаоса написано и сказано уже немало глупостей — особенно в некоторых средствах массовой информации. Благодаря этой новой главе становится также ясно, насколько тесно связана возникшая недавно теория хаоса с уже существующей синергетикой, и что многое из того, что сегодня приписывают теории хаоса, уже было открыто и исследовано в рамках синергетики.

В книге появились также главы, посвященные нейрокомпьютерам и си-нергетическим компьютерам, которые открывают новый путь к объяснению феномена человеческого восприятия. Здесь же проясняются и существующие между синергетикой и теорией гештальта взаимоотношения, о которых уже упоминали Петер Крузе и Михаэль Штадлер, а также автор настоящей книги. Чтобы представить все новые результаты, полученные благодаря использованию синергетических законов, потребовалось бы издать целое собрание научных трудов: свидетельство тому — насчитывающая уже сейчас 63 тома серия книг, выпускаемая издательством Springer. Естественно, в рамках столь небольшого по объему издания мне часто приходилось ограничивать себя лишь короткими ссылками — например, на новые теории управления. Некоторые актуальные направления исследований представляются чрезвычайно многообещающими, однако они настолько новы, что, пожалуй, им пока еще не место в книге, рассчитанной на широкого читателя. Сюда можно отнести работы Г. Шипека, В. Чахера, Э. И. Бруннера и других авторов, занимающихся исследованиями в области клинической психологии и психиатрии или анализом, с точки зрения синергетики, поведения групп на автомобильном производстве, как это делает Рут Байзель. За рамками книги оказались и те чисто технические направления, которые могут заинтересовать лишь специалистов, оставив других читателей равнодушными — например, исследования новых полупроводниковых элементов, основанных на синергетических принципах и называемых синисто-рами.

Из этих коротких пояснений читатель, очевидно, уже получил представление о том, насколько живой и гибкой наукой является синергетика: здесь может обнаружиться множество важных связей между такими отраслями знания, которые на первый взгляд кажутся никак не связанными друг с другом. Я не поддался искушению превратить это карманное издание в энциклопедию; гораздо важнее для меня было при помощи отобранных примеров донести до читателя смысл основных понятий синергетики и показать, как эти понятия снова и снова становятся фундаментом для интерпретации процессов самоорганизации.

Прошедшее десятилетие принесло нам множество удивительных открытий, сделанных благодаря использованию принципов синергетики, и я не сомневаюсь в том, что исследователи самоорганизующихся комплексных систем находятся еще только в самом начале долгого интересного пути.

Я благодарен госпоже Ирмгард Мёллер за быструю и тщательную работу при подготовке дополнений к этой книге, а также доктору Марку Нейфельду и г-ну Андреасу Даффертсхоферу — за работу с новыми иллюстрациями.

Герман Хакен

Штутгарт,

осень 1994 года

Природа — и прежде всего, растительный и животный мир — вновь и вновь поражает нас разнообразием своих форм и изяществом их структур, взаимодействие отдельных элементов которых исполнено глубочайшего смысла. Прежде люди видели во всем этом проявление божественной сущности. Сегодняшняя наука ищет в первую очередь ответы на другие вопросы: как возникают эти структуры? какие силы порождают их? Еще совсем недавно казалось, что подобная постановка вопросов — подразумевающая, помимо прочего, самозарождение структур — противоречит всем физическим принципам. Настоящая книга призвана произвести поворот в нашем мышлении, причем начнем мы с осознания того, что и в мире неживой природы новые упорядоченные структуры могут возникать из неупорядоченного хаоса и сохраняться неизменными при наличии постоянного притока энергии. В книге читатель найдет в высшей степени наглядные этому подтверждения из физики и химии: например, принцип действия лазера, возникновение ячеистых структур в нагреваемой жидкости, химические спиральные волны. Как становится ясно уже из названных примеров, процессы образования новых структур подчинены неким всеобщим закономерностям. Это позволяет нам перейти к более сложным проблемам, например к вопросу о том, каким образом происходит рост животных клеток, или о том, как взаимоотношения отдельных коммерческих предприятий могут определять общую экономическую картину, или же попытаться разобраться в том, по каким правилам происходит формирование общественного мнения. Каждый из перечисленных процессов характеризуется тем, что в нем принимает участие огромное количество отдельных элементов, так или иначе взаимодействующих между собой, и взаимодействие это исполнено глубокого смысла. Мы, таким образом, имеем дело с комплексными системами, которые можно рассматривать с разных точек зрения: и исследуя поведение и функции отдельных элементов таких системы, и занимаясь преимущественно системами в целом. В первом случае следует исходить из того, что закономерности, в соответствии с которыми существует та или иная система, определяют — подобно правилам игры — поведение отдельных ее элементов, что, в конечном счете, и порождает некий шаблон или эталон поведения; процесс этот очень выразительно описан в книге Ман-фреда Эйгена и Рутхильд Винклер «Игра» (Piper, 1976).

Синергетика — иначе, «наука о взаимодействии» — идет другим путем. Здесь нас зачастую интересуют не отдельные «правила», определяющие образ действия элементов системы, а общие законы, по которым формируются структуры. И хотя всякое сравнение хромает, все же рискнем прибегнуть к метафоре, проведя аналогию с игрой в шахматы. Мы можем снова и снова играть в шахматы, следя при этом за движением фигур на доске; но мы можем и попытаться предсказать исход игры, что в данном случае оказывается совсем не сложно: либо победа достанется белому королю, либо черному, либо ни тому, ни другому (такую никому не принадлежащую победу принято называть «ничьей»). Хотя последовательность отдельных ходов может быть в высшей степени сложной, общий результат игры можно описать буквально в трех словах. То же относится и к исследуемым нами образованиям: нас прежде всего интересуют общие шаблоны, эталонные структуры, образующиеся в результате сложных процессов. Применимость полученных нами данных о коллективном поведении не ограничивается областью чистого научного знания, они имеют самое непосредственное отношение к нашей повседневной — как экономической, так и общественной — жизни. Однако настоящая книга не предлагает готовых решений. Она, скорее, предназначена для придания мышлению некоторого толчка, а отнюдь не представляет собой патентованное руководство к действию. Более того, мы даже выдвинем в качестве тезиса положение о том, что однозначные решения зачастую невозможны, и докажем это, пролив вместе с тем свет на саму сущность конфликтов и способов их преодоления.

В настоящее время синергетика находится в стадии бурного развития, о чем свидетельствует как растущее число международных конференций, так и то, что синергетика пользуется столь надежной финансовой поддержкой со стороны государства. Издательство Springer выпускает серию научных трудов «Springer Series in Synergetics», целиком посвященную синергетике. Целью же данной книги должно стать знакомство широкого круга заинтересованных читателей с новой, увлекательной областью науки.

В наше время много говорят об «ответственности ученых перед обществом». На мой взгляд, наука и общество живут в неразрывном симбиозе, и общество так же жизненно необходимо науке, как и наука обществу; каждый шаг, ведущий к их сближению, безусловно, важен, однако ученому не так-то просто «отдать свой долг» — и дело тут, конечно, не в отсутствии доброй воли, а скорее в том, что язык науки (а особенно — математики) настолько отличен от общепринятого, «разговорного» языка, что перевод с одного языка на другой становится весьма и весьма непростой задачей. Несмотря на это, я хотел бы подчеркнуть, что описываемый и исследуемый какой бы то ни было наукой процесс только тогда можно считать абсолютно понятым учеными, когда о нем можно рассказать, используя лишь слова «разговорного» языка, не прибегая к формулам. Именно необходимость быть понятым не только специалистами и дает ученому шанс увидеть предмет своих исследований во всей полноте его взаимосвязей с окружающим миром.

Я надеюсь, что мое изложение основ новой науки даст каждому, кто прочтет эту книгу, возможность использовать знание тайн Природы с пользой для себя и во благо всему человечеству.

Я хочу выразить благодарность своей жене за критическое прочтение рукописи и ценные предложения, способствовавшие улучшению книги. Я благодарен также госпоже Урсуле Функе за быструю и безупречную подготовку рукописи и за ее старание и энтузиазм, которые очень помогли мне благополучно дописать до конца эту книгу.

Я благодарен и сотрудникам издательства Deutsche Verlags-Anstalt — а в особенности доктору Лебе и г-же Локе — за активное сотрудничество.

Герман Хакен

Штутгарт,

весна 1981 года

Наш мир состоит из множества разнообразнейших вещей: некоторые из них созданы человеком — дома, автомобили, инструменты, картины и т. п., — но остальные сотворены Природой. Для ученого этот мир вещей является миром структур, упорядоченных в соответствии со строгими закономерностями. Если направить телескопы на неизмеримые дали космического пространства, мы увидим спиралевидные туманности, подобные изображенным на фотографии (рис. 1.1). Здесь хорошо различимы спиральные рукава, благодаря которым туманность и получила свое имя. В этих газовых туманностях рождаются новые солнца — невообразимое количество новых ярких солнц. Наше Солнце и наша Земля тоже принадлежат такой туманности — Млечному Пути, хорошо видному на небе в ясные ночи. Наше Солнце — лишь одно из ста миллиардов солнц, входящих в Млечный Путь. Земля вместе с другими планетами вращается вокруг Солнца по орбитам, подчиняясь строгим законам небесной механики.

^{Рис. 1.1. Спиралевидная туманность}