Краткая философия синергетики. Субъективный взгляд.

Не так давно ко мне обратился один мой товарищ, который на каком-то околонаучном форуме столкнулся с человеком, активно критикующим синергетику как лженауку. Т. к. моя магистерская диссертация была защищена на кафедре синергетики, товарищ обратился за комментариями ко мне - как к единственному лично ему знакомому "синергетику". В принципе, это был далеко не первый случай, когда мне приходилось отстаивать синергетику от нападок людей от нее далеких. Это всегда были люди более-менее подкованные в естественных науках - у прочих людей, видимо, подобных вопросов и не возникает. Причем многие из этих людей, до разговоров со мной, читали о синергетике либо книги, либо статьи в интернете, но у всех у них всегда оставалось ощущение "воды" от всех этих объяснений. Я сам тоже пытался найти сжатое изложение основ данной науки, из которого образованный обыватель мог бы вынести некоторые представления о ее сути. Но все мои поиски привели лишь к убеждению, что подобного изложения просто не существует в природе: все статьи, что мне попадались, делились на два класса: либо это были статьи для профессионалов, которым ничего обосновывать не нужно, либо - другая крайность - авторы предполагали, что их аудитория - совершенно далека от науки, поэтому им надо все объяснять исключительно на пальцах. А палец, увы, каким бы полезным приспособлением он ни являлся, но для подобных объяснений годится не больше, чем метла для полетов. Поэтому я и решил взять на себя дерзость, не являясь глубоким специалистом в данной области, попытаться изложить свое понимание роли синергетики в современном естествознании. Возможно, нижеследующий текст останется непонятым людьми далекими от естественнонаучных представлений о мире. Но, наверное, это будет означать, что для них эта тема совершенно не важна и не интересна.

Итак, что такое синергетика? Синергетику часто называют наукой о самоорганизации. Это определение кажется мне отчасти верным - в наиболее явном виде "синергетические" эффекты проявляются именно в самоорганизующихся системах. Но я бы, пожалуй, сместил центр тяжести определения на нечто другое. Прежде чем привести собственно определение синергетики, хочу сразу упомянуть тот факт, что за это ее свойство ей достается особенно сильно: синергетика, по крайней мере на первый взгляд, делает больший акцент не на "позитивистских", а на "негативистских" аспектах познания - под этим я подразумеваю, что она акцентируется на ограничениях нашего редукционистского подхода к описанию реальности. Как известно, общим методологическим принципом современного естественнонаучного подхода является последовательная редукция сложных явлений к более простым: кусочек мироздания описывается как система, состоящая из более простых "объектов", которые взаимодействуют внутри нее по определенным правилам; на следующем шаге редукции каждый из этих "объектов" сам выступает в роли системы, состоящей из объектов еще более простых, и так далее. Но на очередном шаге (по современным представлениям) редукция обрывается. Сейчас считается, что редукция обрывается на уровне элементарных частиц: кварков, лептонов и т. д. Законы взаимодействия этих частиц известны, и описываются так называемой Стандартной моделью. С точки зрения чистого редукционисткого подхода, теперь о Вселенной нам известно все - осталось лишь заложить необходимые данные о каждой ее мельчайшей частице в компьютер, оснащенный программой, умеющей решать уравнения, описывающие физику на всех этапах редукции, и...

И тут нас поджидают проблемы. О чем недвусмысленно говорит нам синергетика. Впрочем, об этом недвусмысленно говорит нам и простой здравый смысл: это какой же сложности должен быть компьютер, чтобы отслеживать в ячейках своей памяти (или где он там еще будет описания всего содержать) каждый кварк и лептон? - Очевидно, что никак не меньшей, чем сложность самой Вселенной! Где же тогда ему самому придется помещаться?

Но синергетика уверяет, что проблемы начнутся гораздо раньше, чем мы замахнемся на предсказание будущего всей нашей Вселенной. В физике повсеместно применяется абстракция, получившая название "изолированной системы". Это подразумевает, что мы, мысленно (а может и не только мысленно), выделяем кусочек физического пространства, в котором находится Нечто. Нет, не зловещее существо из фильма ужасов. Там находятся объекты, взаимодействие которых между собой исследователю кажется интересным изучить. Например, в некоторых моделях в качестве изолированной системы может выступать наша Солнечная система. Или Галактика. Или просто банка с газом (с жуками). С точки зрения чистого редукционистского подхода, у нас всегда есть, хотя бы принципиальная, возможность получить исчерпывающее описание изолированной системы, в случае если она конечна. Если бы мы всегда имели эту возможность на практике, это имело бы исключительно положительный эффект в народном хозяйстве. Но "вредная" синергетика утверждает, что мы, зачастую, не можем этого сделать даже для изолированных систем вполне умеренного размера, даже если наши знания ВСЕХ редукционистских законов АБСОЛЮТНО ВЕРНЫ на ВСЕХ УРОВНЯХ редукционистского описания!

В чем же тут дело? Оказывается, что, по большому счету, дело тут обстоит вполне себе просто. Основным языком описания в современном редукционистском естествознании, которое нынче почти тождественно физике, является математика: фундаментальные (и не очень) законы природы формулируются в виде математических уравнений. Чтобы найти исчерпывающее описание системы, эти уравнения нужно решить. И тут мы, наконец, подходим к тому, ради чего это эссе и затевалось: на нашу способность описывать системы - что фактически всегда означает описание их временной эволюции - может накладывать принципиальные и принципиально непреодолимые ограничения математика! Общей схемой постановки задач описания эволюции систем является следующая: известны начальные данные о всех ее элементарных составляющих ("точках"); требуется предоставить алгоритм, благодаря которому в любой наперед заданный момент времени мы могли бы сказать, какие значения будут иметь атрибуты всех ее "точек". Практически очевидно, что все эти значения будут зависеть от того, какими они являлись в начальный момент времени. Казалось бы, чего проще? - Ведь в нашем распоряжении столетия развития математики и мощнейшие компьютеры, мощность которых продолжает расти в соответствии с законом Мура! Но, к сожалению, в жизни все не так просто - большинство уравнений не удается решить в так называемой аналитической форме - когда решение задается в виде конечной формулы, которую можно вбить в компьютерную программу и тут же получить готовый численный результат. Для большинства уравнений, которые встречаются в описаниях явлений реального мира, возможны только приближенные численные решения. И многие из этих решений обременены неприятной проблемой - они очень "чувствительны" к начальным данным - даже небольшое, "бесконечно малое", "шевеление" начальных данных может приводить к огромным скачкам искомых величин уже на небольших временных интервалах - траектории решений быстро "разбегаются". Именно это, а ни что другое, я считаю главнейшим определением синергетики: синергетика - наука о фундаментальных ограничениях, накладываемых математикой на возможность редукционистского описания реальности. Синергетика говорит нам о том, что наш главный инструмент, которым мы рассчитывали, как ключом, открыть все тайны мира, сам наложил на них печать. Не повод ли ее за это возненавидеть? - Человеку свойственно винить во всем зеркало.

Когда-то мне казалось, что этим вопрос о роли синергетики в современном естествознании и исчерпывается. Впрочем, разве этого мало? С моей точки зрения, немало. Но я осознал, что у синергетики есть и "позитивистский" аспект. Дело в том, что пытаясь исследовать различные системы, в которых традиционные редукционистские подходы давали сбои, синергетики обнаружили, что многие системы, находящиеся на различных уровнях редукционистких иерархий, могут проявлять поразительно схожее поведение. Например тривиальнейшая система из множества точек ("клеток"), каждая из которых может иметь всего несколько состояний (скажем, всего два: "живая" или "мертвая"), которые скачкообразно меняются в некие равноудаленные друг от друга моменты времени (дискретное время), принимая значения, зависящие только от предыдущих значений ближайших соседних точек, может вести, в каком-то смысле, очень похоже на газ, находящийся в состоянии турбулентности, - наисложнейшую систему! За десятилетия своего существования синергетика накопила целую библиотеку подобных методов, работающих по аналогии. Т. е. синергетика предлагает использовать во многих научных задачах подход, который очень напоминает использование метафор в языке - "метафоризовала" научный язык. Синергетика не бросает исследователя наедине с вызовами реальной науки с пустыми руками, беззащитного и безоружного. Она дает ему в руки целый арсенал методов и моделей, овладеть искусством использования которых уже на совести самого исследователя. На этой оптимистической ноте, я полагаю поставить точку - завтра ждет трудный рабочий день, наполненный решением задач современной науки (хоть и далеких, к моему величайшему сожалению, от моей любимой синергетики).

Небольшое приложение к этому эссе: http://fabulae.ru/prose_b.php?id=73647