Нелинейность процессов самоорганизации. Обоснование новой концепции спирали развития

Введение

Самое непостижимое во Вселенной - это то,

она все-таки постижима.

А. Эйнштейн

Принятие компетентных решений предполагает знание наиболее общих закономерностей развития природы и общества, включая и те, которые выявлены в последнее время. Одной из таких закономерностей является нелинейность процессов. Она еще не осмыслена философами, не нашла отражения в концептуальном аппарате материалистической диалектики.

Идея всеобщности нелинейных закономерностей впервые была высказана Л.И. Мандельштамом более 50 лет тому назад. Вскоре она подтвердилась в работах академика Р.В. Хохлова по нелинейной оптике и нелинейной акустике. Исследования, проведенные членами Римского клуба (Мидоузом Д., Форрестером Д. и др.), показали, что и глобальные процессы - демографические, истощения ресурсов, загрязнения окружающей среды - суть проявления всеобщности нелинейных закономерностей. Идеи нелинейности широко вошли в современную физику, в частности в физику плазмы, в квантовую теорию поля, в квантовую электронику, обеспечив успешное развитие лазерной техники. Выступая на III Всесоюзном совещании по философским вопросам современного естествознания (Москва, 1982), академик Н.Г. Басов указал на настоятельную необходимость философского осмысления нелинейных закономерностей, ибо ныне "мир в целом вышел за рамки линейного приближения" [1].

Развитие производительных сил и науки в наше время сплошь и рядом сталкивается с явлениями насыщения, с одной стороны, и с истощением ресурсов - с другой. В то же время у экономистов еще живучи линейные представления. Это и линейный подход к фонду накопления, и многолетняя практика линейного наращивания плановых цифр "от достигнутого".

В философской литературе уже достаточно накопилось данных о нелинейном характере процессов макроэволюции. Например, Л. Берталанфи пытался графически изобразить изменения в системе, находящейся в некоторой отдаленности от состояния энтропии и "стремящейся еще более отдалиться" от него. Это "отдаление", как выяснилось, достигается внесением информации, требует затрат энергии и всегда ограничивается областью насыщения, т.е. существенно нелинейно. В целом для функциональных систем характерно явление "сходимости" к определенному оптимуму в области неравновесной устойчивости и насыщения информацией. Оно обусловлено наличием цели, стремлением к устойчивости, к которой система стремится, адаптируясь и совершенствуя свою структуру по мере накопления информации.

Но как подойти к философскому осмыслению нелинейности? Какое конкретное воплощение она может найти в концептуальном аппарате диалектики? Такова была постановка проблемы, и исследование ее было начато (1970 г.) с анализа давно известного, но достаточно туманного стереотипа мышления.

1. Спираль развития, какова она?

Объясняя процессы развития студентам, преподаватели философии обычно заключают, что в целом развитие происходит по раскручивающейся вверх спирали с бесконечным чередованием скачков. Так ли это?

Поиски наглядного образа самодвижения вели многие мыслители прошлого. Так. например, Либих писал, что прогресс есть круговое движение, радиус которого все возрастает.

Своеобразно представлял форму спирали развития В.Г. Белинский: "Человечество движется не прямою линией и не зигзагами, а спиральным кругом, так что высшая точка пережитой им истины в то же время есть уже и точка поворота его от этой истины, - правда, поворота не вверх, а вниз: но для того вниз, чтобы очертить новый, более обширный круг и стать в новой точке, выше прежней и потом опять идти, понижаясь кверху" [3].

Стасов В.В., говоря о роли науки в обществе, считал, что "дело ученого... близко идти с своим народом, поднимать его незаметно вьющейся спиралью на трудные крутизны истины" [4]. Образ спирали в философии возник как диалектическое отрицание и синтез двух метафизических образов процесса развития - образа поступательного движения по пологой прямой и образа движения по замкнутому кругу. Эти положения диалектики, особенно понятие отрицания, являющееся одним из важнейших в философии Гегеля, привели его к мысли о спиралевидной формы процессов развития: "Мы должны рассматривать природу как систему ступеней, каждая из которых необходимо вытекает из другой" [5].

В одной из своих ранних работ Ф. Энгельс сравнил развитие общественной жизни со свободной, от руки начерченной спиралью: "Медленно начинает история свой бег с невидимой точки, вяло совершая вокруг нее свои обороты, но круги ее все растут, все быстрее и живее становится полет..." [6]

Этот метафорический образ, в сочетании с представлениями о восходящем характере развития, привел философов к мысленной модели в виде "расширяющейся вверх" спирали (рис. 23). Став хрестоматийной на полтора столетия, она, никем не исследованная, до настоящего времени повторяется из учебника в учебник [7-9], переходит из словаря в словарь [10]. Ею пользуются экономисты, публицисты и вожди, упоминая о новом витке спирали.

Несомненно, тезис о спиралевидности развития материального мира (в отличие от гегелевской триады духа) является шагом вперед, большой заслугой Энгельса. И как отражение диалектического подхода сохраняет свое значение и сейчас. Но форма спирали требует пересмотра с учетом современных представлений естествознания, результатов новых исследований.

Системные исследования показывают неадекватность общеизвестной спирали развития объективной реальности:

1. бесконечное чередование скачков - это линейное, ошибочное представление. В реальной действительности нет непрерывного чередования скачков. Процессы самоорганизации материи носят сходящийся характер, ибо возрастание уровня организации любой системы имеет свой предел, область насыщения (или, можно сказать, свой оптимум; определяемый целевой функцией и возможностями дальнейшего накопления информации в данной структуре);

2. Эволюция представлений об энтропии

Проникновение методов теории информации в физику, биологию и другие области естествознания показало тесную взаимосвязь понятия количества информации с естественно-научным понятием "энтропия".

Понятие энтропии, первоначально введенное Р. Клаузиусом (в XIX в.) лишь с целью более удобного описания работы тепловых двигателей, усилиями многих ученых, и прежде всего Л. Больцмана, стало играть универсальную роль, определяя многие закономерности в поведении макроскопических систем. В 30-х годах нашего столетия энтропия стала мерой вероятности информационных систем и явилась основой теории информации (работы Л. Сцилларда, К. Шеннона).

Связь между энтропией и вероятностью установлена Л. Больцманом и выражается знаменитой формулой, носящей имя этого ученого:

Н  = a ln W,

где H - энтропия; W - термодинамическая вероятность состояния.

Существенно, что Больцман, связав второй принцип термодинамики с теорией вероятности, показал, что убывание энтропии не является невозможным, а только маловероятным. Второй принцип термодинамики становится констатацией того факта, что информация теряется различными способами, что ведет к увеличению энтропии системы, но, чтобы приобрести новую информацию и уменьшить энтропию, следует произвести новые измерения, т.е. затратить энергию.

На рубеже второй половины XX  в. работами Э. Шредингера понятие энтропии еще более расширилось - до понимания ее как меры дезорганизации систем любой природы (рис. 24). Эта мера простирается от максимальной энтропии (H = 1), т.е. хаоса, полной неопределенности, до исчезновения энтропии (Н = 0), соответствующего наивысшему уровню организации, порядка.

С помощью энтропии стало возможно количественно оценивать такие на первый взгляд качественные понятия, как "хаос" и "порядок". Информация и энтропия связаны потому, что они характеризуют реальную действительность с точки зрения именно упорядоченности и хаоса, причем если информация - мера упорядоченности, то энтропия - мера беспорядка; одно равно другому, взятому с обратным знаком. Например, если на предприятии низка трудовая и технологическая дисциплина, идет брак, то мы можем утверждать, что здесь низок уровень организации, или велика энтропия. Она угрожающе растет ныне и в нашей экономике, социальной жизни.

Энтропия и информация служат, таким образом, выражением двух противоположных тенденций в процессах развития. Альтернативность и взаимосвязь понятий энтропии и информации нашли отражение в формуле H + J = 1 (const) и на рис. 25. Если система эволюционирует в направлении упорядоченности, то ее энтропия уменьшается. Но это требует целенаправленных усилий, внесения информации, т.е. управления. "Мы плывем вверх по течению, борясь с огромным потоком дезорганизованности, которая в соответствии со II законом термодинамики стремится все свести к тепловой смерти - всеобщему равновесию и одинаковости, т.е. энтропии, - пишет Н. Винер. - В мире, где энтропия в целом стремится к возрастанию, существуют местные временные островки уменьшающейся энтропии, это области прогресса". Механизм их возникновения состоит в естественном или целенаправленном отборе устойчивых форм. Человек всю жизнь борется с энтропией, гася ее извлечением из окружающей среды отрицательной энтропии - информации [11].

Количество информации, отождествляемое Винером с отрицательной энтропией (негэнтропией), становится, подобно количеству вещества или энергии, одной из фундаментальных характеристик явлений природы. Введение понятия энтропии в теорию информации явилось, по выражению Луи де Бройля, "наиболее важной и красивой из идей, высказанных кибернетикой", и рассматривается как большой вклад в научную мысль [12]. Это положение называют еще вторым "краеугольным камнем" кибернетики. Отсюда - толкование кибернетики как теории организации, теории борьбы с мировым хаосом, с роковым возрастанием энтропии. Такое понимание энтропии должно найти отражение и в современной концепции спирали развития, как мысленной модели процессов самоорганизации.

3. Методика построения мысленной модели процессов самоорганизации. Выбор системы координат

Будем исходить из двух предпосылок.

Понятия системности, организованности и самодвижения, развиваемые ныне на всех уровнях познания действительности, означают, что явления развития в целом можно рассматривать как борьбу двух противоположных тенденций - организации и дезорганизации. При этом процесс развития, начинающийся с максимальной энтропии, может быть описан в общем как процесс накопления структурной информации, исчисляемой как разность между максимальным и реальным значениями энтропии. Следовательно, явления развития целесообразно рассматривать в координатах, связанных с понятиями энтропии-информации, с возможностью отсчета уровня организации (или дезорганизации) системы на всех этапах ее развития.

Таким образом, мысленная модель, которую мы собираемся строить, получает свою (полярно-потенциальную) систему координат, свое мысленное трехмерное пространство, в котором энтропия по мере накопления информации убывает от периферии к центру (к оси модели), что одновременно означает соответственное возрастание уровня организации данного объекта в процессе его развития.

Ошибочность расширяющейся формы спирали (как прототипа), отчасти можно объяснить тем, что здесь не разделены две "составляющие" понятия "развитие" - параметр времени и накопленное разнообразие (или "прогресс", достигнутый за данный отрезок времени).

Построение модели при разделении этих составляющих приводит к качественно новой форме спирали развития.

Построение модели. Обозначим интервал времени между двумя подобными* событиями А₁ и A₂ отрезком А₁А₂ в выбранном масштабе, а вектор прогресса (Р), достигнутого за это время, - отрезком вертикальной прямой (рис. 26).

Если возьмем три подобных события в хронологическом порядке, они образуют два сопряжённых витка спирали, имеющих различную длину. Причем, как правило, вследствие интенсификации информационных процессов (см. рис. 10-18) последующий интервал времени существенно короче, а величина прогресса - больше. Наложив один виток на другой и соединяя соседние витки друг с другом, получаем сужающуюся ("сходящуюся") спираль с переменным шагом. На рис. 27 и 28 показано:

а) увеличение параметра "прогресса" от витка к витку:

P_n > P_n-1;

б) уменьшение доли элиминируемого (отрицаемого) от витка к витку:

?h_n < ?h_n-1;

в) сокращение интервалов времени между скачками:

t₂ < t₁.

Для нас в концептуальном плане наибольший интерес представляет начальный, скачкообразный участок модели. Он интерпретируется как переходный процесс самоорганизации объекта, этап его становления.

4. Естественно-научное обоснование сходящейся (нелинейной) спирали развития

Проблема формального описания процессов самоорганизации, обоснования количественных критериев уровня организации, обладающих большой общностью, и, главное, проблема создания мысленной модели процессов самоорганизации, синтезирующей диалектические законы с современными естественно-научными представлениями о процессах развития, приобретают особое значение. При этом количественный информационный критерий является достаточно универсальным и адекватно описывает процессы, которые в нашей философской литературе излагаются как процессы перехода от простого к сложному, от менее организованного к более организованному.

Как мысленная модель процесса самоорганизации, сходящаяся спираль более адекватна современным представлениям о процесс саморазвития, ибо она:

· показывает, что формирование новой структуры начиняется не с непонятной "невидимой точки", а с максимальной (реально существующей) энтропии (хаоса, неопределенности);

· строится в координатах информации-энтропии и отображает возрастание уровня организации объекта во времени;

· объясняет ограниченность числа витков спирали этапом переходного процесса, носящего явно выраженный спиралевидные характер;

· как отображение процесса самоорганизации, сходящаяся спираль имеет определенное сходство с колебательным процессом в устойчивых системах авторегулирования. "Гомеостат, - писал У. Эшби, - в некотором смысле не делает ничего кроме того, что движется к состоянию равновесия" [13]. С этим фундаментальным положением как нельзя лучше согласуется именно сходящаяся форма спирали. Речь у Эшби идет о равновесии смысле негэнтропийной устойчивости неравновесной системы, отдалившейся от уровня максимальной энтропии ("равновесия");

· отображает нелинейность процессов самоорганизации.

В конце процесса самоорганизации, когда "архитектура" объекта в основном определилась и наступает насыщение информацией, сходящаяся спираль постепенно "выпрямляется", отображая переход объекта в эволюционную стадию развития.

Каждый этап развития в реальных процессах имеет свою внутреннюю диалектику. Например, экономическим формациям характерны восходящие и нисходящие линии развития. Пока производственные отношения данной формации более или менее соответствуют уровню производительных сил, последние развиваются ускоренно, по восходящей линии. А когда устоявшиеся производственные отношения начинают тормозить продолжающийся рост производительных сил, тогда наступает застойная или даже нисходящая стадия в развитии этой формации, что в итоге подводит общество к революционной ситуации, к новому скачку в развитии.

На рис. 29 дана развертка двух соседних витков спирали (пунктирная линия - идеализированный процесс). Динамика реальных процессов изображена кривыми I и II, причем на кривой II восходящие и нисходящие стадии более резко выражены. При переносе этого построения витки спирали будут иметь вид, изображенный на рис. 28 множеством точек (на одном из витков).

5. Дополнительные свидетельства в пользу сходящейся спирали развития как адекватной модели

Приведем еще несколько суждений в поддержку предложенной концепции спирали развития.

1. Сходящаяся спираль, как отображение процесса самоорганизации устойчивых структур, имеет, как уже отмечалось, определенное сходство с колебательным переходным процессом в устойчивых системах авторегулирования. Эта аналогия касается и сущностной стороны этих явлений, и внешнеописательной. Кроме того, философская, познавательная сторона этой аналогии - еще одно подтверждение единства материи.

2. Новая концепция спирали отражает самую существенную сторону процесса развития - возрастание уровня организации, связанное с уменьшением неопределённости по мере накопления информации. Это положение находит многочисленные подтверждения в объективной диалектике. Так, говоря об общих признаках "строения" организма, И.И. Шмальгаузен писал: "Чем выше уровень (организации - A.P.), тем меньше свобода комбинирования, тем больше связанность организации и тем меньше ее неопределенность" [15].

3. При обсуждении новой концепции спирали развития в Институте философии. АН СССР (1977 г.) весьма интересное соображение высказал биолог, д-р филос. наук В.И. Кремянский, указав на связь уровня организованности живого с количеством видов биологических форм: "Из биологии известно, что число возможных одноклеточных всегда намного больше, чем число реализаций, причем по мере возрастать уровня организации это число уменьшается. Низших биологических форм множество, а Человек - один. Это также подтверждает сходящуюся форму спирали развития".

4. Пробивает себе дорогу и рассмотрение процессов развития в "энтропийном поле". Говоря о средствах массовой информации, Ю.А. Шерковнин так описывает, например, процесс организации газетного номера: "Движение от максимальной начальной до минимальной конечной энтропии выражает собой и сущность процесса создания газетного номера, радио- или телепрограммы. Высоко неопределенность содержания и оформления номера или выпуска начинает уменьшаться на редакционной летучке и достигает минимума с выходом газеты в свет, а радио- и телепрограммы - в эфир" [16].

Некоторыми оппонентами высказывалось мнение, что известную спираль развития никто всерьез не принимает, что эта спираль лишь аллегория, метафорический образ, приблизительное сравнение и вряд ли является актуальной как предмет исследований. Поэтому-де ее никто и не исследовал.

На этот счет можно сказать следующее. Понимание сущности и причин спиралевидного характера развития имеет большое теоретико-познавательное значение, тем более что спиралевидность присуща материи на разных уровнях ее строения и развития. Так, спиральность - одна из квантовых характеристик элементарных частиц, определяемая как проекция частицы на направление ее движения (на импульс). В биологии структура молекулы ДНК также имеет форму спирали (двойной спирали). Явления спиралевидности имеются и в космологии. Так что феномен спиралевидности в природе заслуживает глубокого изучения и философского осмысления.

Философами прошлого спиралевидность развития также подчеркивалась как одна из, фундаментальных, существенных черт процесса развития. Следует к этому добавить, что наглядные образы представляют одну из важнейших форм научного познания. Так, М. Борн высоко ценил модели, считал их представителями реальных вещей" [17]. Воспроизводя в какой-то степени закономерности оригинала, мысленная модель дает возможность глубже понять и познать оригинал.

Такова и сходящаяся спираль. Актуальность ее исследования не вызывает сомнений. Так, Б.С. Грязнов (ИИЕиТ АН СССР, зав. сектором логики развития науки) в своем отзыве ( 1974 г.) писал: "Если в нашей литературе идея спиралевидного развития, как правило, носит не вполне ясный характер, то автор делает ее не только наглядной, но более того, превращает идею о спиралевидном характере развития в идею, которая может выполнять и функции прогнозирования". Эта оценка философа подтвердилась при прогнозе нами путей развития ЭВМ.

Как и всякое новое, изложенная концепция, естественно, требует не замалчивания , а уточнений, непредвзятого подхода и заинтересованного обсуждения. Отвергнуть эту модель вследствие ее недостатков, без предложения конкретных, должным образом обоснованных альтернатив было бы равносильно высказыванию, что процесс познания может быть остановлен.

Выводы и рекомендации

1. Известная в философской науке "расширяющаяся вверх" (""раскручивающаяся вширь") спираль развития противоречит современным естественно-научным представлениям о характере процессов развития.

2. Адекватное отображение процессов развития дает сходящаяся спираль с переменным шагом, построенная в трехмерном пространстве энтропии, в координатах информации и с введением параметров времени и прогресса.

3. Сходящаяся спираль отображает:

· сокращение временного интервала между скачками вследствие интенсификации информационных процессов;

· возрастание уровня организации (негэнтропии) развивающейся системы от витка к витку;

· зависимость (изменение) характера скачков от уровня организации системы;

· нелинейность реальных процессов и ограниченность числа витков;

· единство цикличности и поступательности в процессах развития.

4. В целом сходящаяся спираль отображает целенаправленность процессов развития, конкретизируя их как движение к негэнтропийной устойчивости, к определенной детерминации. В этом плане сходящаяся спираль хорошо интерпретируется как переходный процесс самоорганизации объекта, т.е. как процесс перехода этого объекта от энтропии (от низших уровней организации, неопределенности, разрозненных предпосылок) к стадии реальной высокоорганизованной структуры.

5. В отличие от известного, весьма неопределенного метафорического образа сходящаяся спираль развития получает множество физических и философских интерпретаций и в этом плане отвечает философскому требованию конкретности истины.

6. Сходящаяся спираль является ярким примером диалектического отрицания. Она синтезирует в себе положительные стороны двух противоположных концепций: известной расширяющейся спирали с бесконечной чередой скачков (тезис) и идеи об экспоненциальном характере развития (антитезис).

1. При исследовании различных систем (технических,  социально-экономических и т.д.) и их структур основное внимание  следует обратить на уровень организации и тенденцию его изменения.

2. Путем сопоставления аналогичных структур и сравнительного анализа уровней их организации выявить факторы, ускоряющие (или тормозящие) процесс самоорганизации этих структур.

3. Исследовать и своевременно выявлять энтропийные факторы для данной системы и принимать меры для их локализации и устранения* .

4. Создавать наилучшие условия для: целенаправленного отбора и накопления информации; внедрения ее в структуру в направлении повышения уровня ее организации; оптимизации процесса функционирования системы. Широко использовать передовой опыт, рационализаторство и методично искоренять наше "национальное бедствие" - невостребованность новых знаний.

5. В учебные курсы по философии включить раздел, посвященный новой концепции спирали развития, раскрыв в нем новые глубины диалектики объективного мира и отражающего его мышления.

6. При переиздании Философского словаря слово "спираль" дать соответственно в новой редакции, отразив сегодняшний уровень познания этого феномена.

Литература

1. Басов Н.Г. Квантовая электроника и философия // Диалектика в науках о природе и человеке. Т. 1. М.: Наука, 1983. С. 118.

2. Петрушенко Л.А. Самодвижение материи в свете кибернетики. М., 1971. С. 236.

3. Белинский В.Г. Полн. собр. соч. Т. 12. М.: Изд-во АН СССР, 1926.

4. Стасов В.В. Собр. соч. Т. 3. СПб.. 1894.

5. Гегель Г.В.Ф. Соч. Т. 29. М.: Изд-во АН СССР, 1956. С. 214.

6. Маркс К.. Энгельс Ф. Из. ранних произведений. М.: Госполитиздат, 1956. С. 353-354.

7. Макаров А.Д. и др. Диалектический материализм. М.: ВПШ; АОН, 1962. С. 233.

8. Меняйло И.Л. Основные законы материалистической диалектики. М.: Высш. шк., 1973. С. 113.

9. Спиркин А.Г. Основы философии. М.: Политиздат, 1988. С. 251.

10. Философский Словарь / Под общ. ред. И.Т. Фролова. М.: Политиздат, 1972; 1980; 1991. См. "Спираль развития".

11. Винер Н. Кибернетика и общество. М.: Изд-во иностр. лит., 1958. С. 49.

12. Андраде Ж. и др. Поля, частицы, кванты. М.: Мир, 1972.

13. Эшби У. Введение в кибернетику. М.: Изд-во иностр. лит., 1970.

14. Веблер В.С. Мышление как творчество. М.: Наука, 1975.

15. Шмальгаузен И.И. Организм как целое в индивидуальном и историческом развитии. М.: Наука, 1969.

16. Шерковнин Ю.А. Психологические проблемы массовых информационных процессов. М.: Связь, 1973. С. 37.

17. Борн М. Физика в жизни моего поколения. М.: Изд-во иностр. лит., 1963.