страница №1

Ill. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ВЗГЛЯДОВ
НА СООТНОШЕНИЕ ПОРЯДКА
И ХАОСА В КИБЕРНЕТИКЕ
И ТЕОРИИ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

САМООРГАНИЗАЦИЯ: ГЕНЕЗИС НАУЧНОЙ РЕВОЛЮЦИИ

В. Крон, Г. Кюпперс, Р. Паслак

1. Введение

Различные теории самоорганизации, конструктивизма, синергетики, автопойэзис
а (в дальнейшем мы будем использовать более общее обозначе
ние "самоорганизация") свидетельствуют о фундаментальной смене пара
дигм в науке - о научной революции.

Будет ли эта революция успешной и войдет ли в историю науки, по
терпит ли неудачу вследствие внутренней слабости или наличия внешних
противников или же останется в итоге на периферии науки в качестве
казуса, - об этом пока нельзя высказать окончательного суждения. Од
нако уже сейчас можно кое-что сказать о возникновении и характере этой
революции. Сделанный нами обзор ее развития вплоть до настоящего
времени покажет, что в самом историка-социальном процессе "революций
в образе мышления" (Кант) присутствуют некоторые конструктивистские
черты самоорганизующегося процесса, и они - как это уже было пред
ложено Хакеном - поддаются объяснению при помощи этой модели. В
настоящей работе, однако, мы не будем касаться этих проблем, а огра
ничимся описанием важнейших линий развития (дисциплинарных, междис
циплинарных и вненаучных), которые внесли вклад в становление пара
дигмы, выступающей в настоящее время в качестве новой широкой прог
раммы исследований.

Революции в науке так же мало похожи друг на друга, как и рево
люции в политике. Их общим знаменателем является процесс коренного
изменения "образца мышления", - изменения в мировоззрении, затрагива
ющие не только многие теории, но и культурные традиции. Однако уже в
том, как революции воспринимаются современниками, существуют боль
шие различия. "Революция Коперника" (в 1543 г., в год смерти Копер
ника, был издан труд "Об обращении небесных сфер") в течение полувека
оставалась незамеченной и лишь во времена Галилея и Кеплера в борьбе
двух систем мироздания получила признание, сделавшее ее образцом всех
последующих научных революций. Аналогично обстоит дело и с тем, что
сейчас называют "вероятностной революцией" XIX столетия, сущностью
которой является признание идей вероятности и/или случая в природе.

86

Она также продолжалась длительное время, а ее революционное содер
жание вплоть до копенгагенского истолкования индетерминизма в кванто
вой физике оставалось почти незамеченным. Совершенно иначе получи
лось с "дарвиновской революцией", творец которой в конце своего "Проис
хождения видов" предсказал "существенный переворот в естественной ис
тории", - и оказался прав. В этом отношении революция, порожденная
дарвинизмом, обнаруживает сходство с революцией в математике XVII
столетия, вызванной изобретением исчисления бесконечно малых Лейб
ницем и Ньютоном. Однако, с другой стороны, между ними есть и су
щественное различие: исчисление бесконечно малых представляет собой
новый универсальный метод, создание изощренной изобретательской мыс
ли; основная мысль дарвинизма, напротив, блещет скромной простотой,
обладающей революционной силой лишь по отношению к противостояв
шей ей религиозной и культурной системе ценностей. Короче говоря, не
существует обобщающей стандартной модели для описания явлений, ин
туитивно определяемых как "революционные" и именно поэтому невоз
можно с достоверностью утверждать, что конкретное научное направ
ление является революционным.

Предпосылкой для любого утверждения о фундаментальной смене
парадигм в науке является необходимость того, чтобы научные идеи были
"революционными" или хотя бы считались таковыми. Однако именно в
этом отношении революционный характер "самоорганизации" может
представляться проблематичным: ведь ее основополагающие представ
ления не новы. Употребление терминов (в их современном значении)
можно заметить еще у Канта, который в "Критике способности суждения"
рассматривал проблему внутренней целесообразности в природе, т.е. ее
системные свойства. Особая методологическая трудность состояла для
Канта в том, чтобы не привлекать для объяснения целесообразности
понятие цели, ибо целесообразность столь же "слепа", сколь и все
остальные причинные взаимодействия. Решение на понятийном уровне,
предложенное Кантом, лежит в непосредственной близости к современным
теориям автопойэзиса и самоорганизации: "В таком продукте природы
каждая часть в том виде, как она существует только благодаря всем
остальным, мыслится также существующей ради других приди целого,
т.е. как орудие (орган), которого, однако, еще недостаточно (ведь она
могла бы быть и орудием искусства и таким образом представлялась бы
возможной только как цель вообще); она [мыслится] как орган, создающий
другие части (следовательно, каждая [создает] другие), а такой орган не
может быть орудием искусства; он может быть лишь орудием природы,
которая предоставляет весь материал для орудий (даже для орудий
искусства), и лишь тогда и лишь поэтому такой продукт, как нечто
организованное и себя само организующее, может быть назван целью
природы*' [2, с. 399].

Насколько современно это звучит, настолько же отчетливо Кант
формулирует несколько ниже решающее различие, говоря "о природе
и богатстве в ней организованных произведений" как "свойственно
поддающемся исследованию" (Там же, с. 295-296]. То, что в этой облас
ти стали возможными экспериментальные исследования и применение

87

математических методов, было, вероятно, решающим революционным
импульсом.

Предпринятая Кантом попытка рассмотрения проблемы самоорга
низации на уровне понятий продолжает давнюю традицию, восходящую
по меньшей мере к Аристотелю. Аристотель (выступая при этом против
Демокрита) в своей "Физике" выразил идею самоорганизации, используя
типичное для него образование понятий с помощью антропоморфных
метафор: "Странно ведь не предполагать возникновения ради чегонибудь,
если не видишь, что движущее [начало] обсудило решение. Од
нако ведь даже искусство не обсуждает, и если бы искусство кораб
лестроения находилось в дереве, оно действовало бы подобно природе,
так что если в искусстве имеется "ради чего", то и в природе. В
наибольшей степени это очевидно, когда кто-то лечит самого себя:
именно на такого человека похожа природа" [1, с. 100].

В XVII столетии - в эпоху господства механистического мировоззре
ния - не вызывает удивления то, что та же проблема разбирается
Лейбницем в "Монадологии" в техноморфном варианте, и при этом он,
по-видимому, замечательным образом предвосхищает идеи гиперциклов:
"Таким образом, всякое органическое тело живого существа есть своего
рода божественная машина, или естественный автомат, который беско
нечно превосходит все автоматы искусственные, ибо машина,
.сооруженная искусством человека, не есть машина в каждой своей части;
например, зубец латунного колеса состоит из частей, или кусков, которые
уже не представляют более для нас ничего искусственного и не имеют
ничего, что выказывало бы в них машину, в отношении к употреблению,
к какому колесо было предназначено. Но машины в природе, т.е. живые
тела, и в своих наималейших частях до бесконечности продолжают быть
машинами. В этом и заключается различие между природой и искусством,
т.е. между искусством божественным и нашим" [24, рус, пер, с. 424*25].

Не только философия занимается проблемами самоорганизации. В
XVIII в., когда укоренилась идея независимой гражданской личности, в
сфере общественных наук своего рода проблема самоорганизации стала
актуальной сразу в нескольких областях: в этике, экономической теории и
в учении о государстве. Всюду возникал вопрос о том, каким образом из
действующих в своих интересах индивидуумов могут возникать общест
венные структуры более высокого уровня и как они сохраняются. Другой
областью науки, на которую оказала определенное влияние уже постанов
ка вопросов Кантом, была эмбриология, расцвет которой в XVIII в. был
связан с изобретением микроскопа. Существовали различные мнения
относительно того, содержат ли зародышевые клетки развивающийся из
них организм в готовом виде или он развивается из них за счет внутренне
присущего ему "инстинкта формирования". В XIX в. в физиологии возник
ла проблемная ситуация, вызванная экспериментальными исследованиями
функциональных связей. Чем отчетливее обнаруживались эти связи, тем
более невозможным казалось их сведение к действию сил физической или
химической природы. В результате развития эволюционного учения Дар
вина на переднем плане оказалась еще одна проблема самоорганизации -
"самопознание" материи через формирование сознания. Впрочем, эта

88

проблема вызвала дискуссии в первую очередь на мировоззренческом
уровне, ибо она в значительной степени была недоступна для экспери
ментального изучения, выходящего за рамки физиологии.

Итак, современные теории самоорганизации формировались не в
безвоздушном пространстве, а в классической философии и науке. Почему
же тогда мы говорим о революции? На это дают право два взаимодополнительных
соображения. Во-первых, во всех приведенных
случаях, несмотря на многочисленные научные достижения, основная
проблема - формирование структур и функций более высокого порядка -
оставалась окруженной покровом таинственности. Существовала нераз
решимая дилемма: или беспомощно остановиться перед хорошо
известными взаимодействиями более высокого порядка и, предположив,
что именно эти взаимодействия в конечном итоге ответственны за
структурирование, подвергнуться упрекам в спекулятивном и метафи
зическом материализме; или допустить существование неизвестных до сих
пор телеологических сил, которые сомнительны с гносеологической точки
зрения и влекут за собой упреки в оккультизме. В XX в. эта дилемма хотя
и потеряла остроту, однако не была в принципе устранена. Определенная
ее "нейтрализация" произошла в связи с тем, что всегда находилась пог
раничная область между двумя научными дисциплинами, куда отодви
галась проблема самоорганизации, и эта проблема трактовалась факти
чески с традиционных позиций. При этом работа в рамках одной из
дисциплин предполагала отказ от попыток вывести целостные структуры
более высокого порядка (как, например, органическая химия отказывается
от попыток вывести структуру и функцию клетки исходя из химических
уравнений), а работа в рамках другой из них (например, цитологии) при
нимает эту более высокую организацию как данное. Таким образом, в
настоящее время каждая научная дисциплина характеризуется своей
позицией в системе уровней сложности, среди которых различаются
микро- и макроуровни (например, от молекулярной биологии до социобиологии;
от символического интеракционизма до культурсоциологии).

Помимо этого, научные дисциплины находятся в столь же сложных мно
гоуровневых взаимоотношениях друг к другу. Хотя проблемы самоор
ганизации возникают на стыке почти всех дисциплин и областей знания,
они вытесняются из эпицентра исследовательских интересов на перифе
рию и нейтрализуются. Если эти проблемы вновь оказываются в центре
внимания, то это происходит за счет значительного смещения границ дан
ной научной дисциплины.

Во-вторых, возобновление интереса к данной тематике определялось
тем, что в некоторых парадигмальных случаях удалось разрешить указан
ную основную дилемму, т.е. показать, как за счет элементарных взаимо
действий возникает и сохраняется порядок. Впрочем, эти случаи являются
парадигмальными лишь для новых понятий порядка и системы, значи
тельно отличающихся от традиции XIX в.

Наше изложение развития парадигмы самоорганизации начинается с
четкого и за счет этого, возможно, излишне узкого определения понятия
самоорганизации, привлекаемого в качестве критерия различения совре
менных и старых концепций самоорганизующихся систем. Затем следует

89

описание исторического развития, разделенное на 4 фазы; и, наконец, мы
обратимся к систематическому содержанию новой концепции самоор
ганизации, которое должно выйти за рамки отдельных теорий и стать
вкладом в формирование новой научной картины мира.

2. Начало

Начало развития концепций самоорганизации из-за наличия множества
исторических предшественников не поддается точному определению.
Можно, однако, выделить две характерные черты, отличающие совре
менные концепции самоорганизации от прежних: (1) с одной стороны,
открытость систем для материальных, и энергетических потоков из
внешней среды; (2) с другой стороны - их операционная замкнутость.

(1) То, что системы энергетически открыты, препятствует достижению
ими - независимо от их первоначального состояния - состояния тер
модинамического равновесия. Этим системы, рассматриваемые в кон
цепциях самоорганизации, отличаются от систем классической равно
весной термодинамики, закрытых для обмена энергией, теплом и
веществом с внешней средой. В отличие от этих систем, которые
независимо от начальных условий рано или поздно приходят к положению
равновесия, в случае открытых систем существует динамическое рав
новесие (так называемое стационарное состояние), определяющее гло
бальное состояние системы. Его неустойчивость, как правило, влечет за
собой переход от одного упорядоченного состояния к другому. Таким
образом, неустойчивость является причиной изменения состояния системы.

(2) Понятие операционной замкнутости описывает организационный
принцип, согласно которому автономные системы взаимодействуют с их
окружением. В противоположность "классическому" описанию, в котором
система рассматривается как сложный механизм, способный лишь реаги
ровать на импульсы от окружающей среды, в новой теории систем ре
шающую роль играют рекурсивные функции: реакция системы становится
новым возбуждением, следствие - причиной. Отсюда можно сделать два
вывода. Во-первых, рекурсивные операции, независимо от исходного
пункта, приводят к "собственным значениям" (простейшим примером явля
ется бесконечно повторяемая операция извлечения квадратного корня,
приводящая - независимо от числа, с которого она была начата, - к соб
ственному значению, равному 1). Во-вторых, реакцию в системе вызы
вает уже не "информация" из окружающей среды, а любые помехи, при
водящие систему к состоянию "собственного поведения", т.е. система сама
генерирует свое поведение.

Учитывая эти критерии, можно выделить по меньшей мере пять
независимых друг от друга направлений развития концепции самоор
ганизации.

а) В 1960 г. фон Фсрстер опубликовал работу под названием
"О самоорганизующихся системах и их окружении" [14], в которой он ввел
принцип "порядок из шума". Появление этой работы можно рассматривать
как дату рождения "самоорганизации", так как в ней содержится четкая

90

формулировка нового понятия системы, - а также и потому, что фон
Фсрстер смог создать необходимые организационные структуры для
разработки своих идей. В "Biological Computer Laboratory" (BCL) универ
ситета Урбана в штате Иллинойс (США) он собрал междисциплинарную
исследовательскую группу, занимавшуюся разработкой теории самоорганизующихся
систем на основе биологической теории систем и киберне
тики. К важнейшим предвестникам этого направления развития концепции
самоорганизации относятся кибернетика (Винер, Эшби), теория инфор
мации (Щенной), теория автоматов (Тьюринг", фон Нейман) и общая те
ория систем (фон Берталанфи) [5; 28].

б) Начиная с середины 40-х годов Илья Пригожий работал над
проблемами термодинамики необратимых процессов. Результаты своей
работы он обобщил в монографии "Введение в термодинамику необ
ратимых процессов". В 1967 г. в предисловии к З-му изданию [30] он тоже
ставит проблему возникновения порядка из беспорядка. "Основное внима
ние я уделял следующему вопросу: каким образом диссипация может по
рождать "порядок" как во времени, так и в пространстве?". В 1971 г. вы
шел первый фундаментальный труд в области теории диссипативных
структур, созданной Пригожиным, - написанная в соавторстве с Л. Гленсдорфом
книга "Термодинамическая теория структуры, устойчивости и
флуктуаций" [31]. Важную роль в становлении этой области сыграли
работы А. Тьюринга, А. Жаботинского и Б.Белоусова, посвященные рас
смотрению колебательных химических реакций.

в) В конце 60-х годов М. Эйген начал работы в области само
организации на молекулярном уровне. В публикации, увидевшей свет в
1971 г. [8], он показал, что селекция представляет собой "физический
закон", доказав тем самым, что идеи Дарвина применимы и к эволюции,
происходящей на значительно более низком уровне, чем уровень
организмов, и, следовательно, могут быть распространены на принципы
кинетики химических реакций. В данном случае ставится вопрос о
возникновении и стабилизации биологической информации. В 1977 и
1978 г. вышла написанная совместно с П. Шустером работа "Гиперцикл"
[9], состоящая из трех частей; в ней представлена строгая модель
предбиологической эволюции.

г) В начале 60-х годов Г. Хакен разработал теорию лазера, в которой
показал, как за счет взаимодействия множества независимых частей
возникает согласованное поведение. В 1971 г. вышла написанная совмест
но с Р. Грэхемом статья "Синергетика - учение о совместном действии"
[16], в которой даны исходные идеи общей теории самоорганизации.

д) Еще один иЛочник концепций самоорганизации - современная
экология, в которой идеи "взаимодействия" восходят еще к 20-м годам, а
открытие больших круговоротов веществ в природе (круговороты азота,
водорода, кислорода, углерода) относится к XIX в. Но лишь в середине
60-х годов - с появлением концепции коэволюции [12] и исследованием
устойчивости экосистем за пределами состояния равновесия [21] - дело
доходит до появления новых моделей [12, 19, 21, 25, 29].

Об А. Тьюринге см. лит. данные в [20].

В ходе этой первой фазы, продолжавшейся до начала 70-х годов, в
рамках отдельных, практически не связанных друг с другом научных
дисциплин сформировались теоретические основы и модели. Можно было
бы назвать в дополнение к перечисленным еще несколько направлений
(гештальтпсихология, теория турбулентности, теория катастроф), созда
ющих впечатление еще большего разнообразия и неоднородности. Пред
лагаемые концепции вписывались в рамки традиционной проблематики и
теоретических традиций своих областей исследований. Это можно по
нять из работ того времени и из высказываний ряда основателей
современной концепции самоорганизации, у которых мы недавно взяли
интервью.

а) Первые работы фон Фсрстера еще полностью вписывались в рамки
традиционной кибернетики* Его постановка вопроса была такова: "Как
можно сформулировать проблему организации?.. Можно ли, например,
применять здесь теорию информации? Теория информации предлагает в
качестве единицы измерения (организованности. - Авт.) избыточность.
Итак, я попробовал сесть и найти ответ на вопрос... что при этом
происходит с организацией".

Используя данное Шенноном определение избыточности как отно
сительной энтропии, фон Фсрстер исходил затем из того, что существуют
две возможности формирования организации. "Либо максимальная
энтропия (системы. - Авт.) возрастает, либо текущая энтропия умень
шается. Естественно, они могут изменяться и одновременно - одна
возрастает, другая уменьшается. Это является первой теоретической
посылкой к тому, что представляет собой организация" [15]. Дейст
вительно, таким образом становится возможным понимание проис
ходящего в организации, и противоречие со вторым началом термо
динамики разрешается. В том же интервью фон Фсрстер охарактеризовал
себя на тот момент как кибернетика. "Я влез в кибернетику в 1949 г.,
когда приехал в Америку".

б) Теория диссипативных структур Пригожина представляет собой
распространение формализма термодинамики необратимых процессов на
неравновесные процессы. Пригожий был учеником де Донде - пионера в
области неравновесной термодинамики. Сферой его деятельности была
физическая химия. "Это была сплошная физическая химия" [33]. Он
рассматривал устойчивость неравновесных состояний в термодинамике
(вначале - вблизи положений равновесия, затем - в значительном
удалении от них), и в конце концов это привело его в 1963-1964 гг. к
"по-моему, первому четкому определению диссипативных структур и
неравновесной самоорганизации. И поэтому здесь, по-видимому, впервые
можно увидеть четкую констатацию того, что неравновесный поток
может быть превращен в структуры - пространственные или временные".

в) Теория гиперциклов, разработанная Эйгеном, возникла в ходе его
работ по кинетике реакций: "Раньше мы намного больше занимались
кинетикой быстрых реакций; вслед за этим - развитием соответствующих
методов; далее мы прошли различные фазы. Сначала исследовались
достаточно быстрые протолитические реакции, потом наступила очередь
комплексов металлов, органиков... и, наконец, биохимиков. Потом мы

92

занялись изучением ферментативных реакций, и тут на одном из наших
зимних семинаров возник вопрос, как, собственно, получается, что
ферменты функционируют всегда так оптимально, почему эти сложные
механизмы настолько согласованы друг с другом. Тут один из сотрудников
сказал - дело в основах дарвинизма, это отбор... и тогда возник вопрос,
что же такое вообще отбор... и мы попытались создать теорию отбора,
применимую к молекулам. Из этого затем все и возникло" [1 1].

г) Разработанная Хакеном теория лазера была последовательным
продолжением научных исследований в рамках квантовой теории света и
материи. "С проблемой лазера я познакомился в 1960 г., когда был
приглашен в Telephone Laboratories в Нью-Хилл. Я услышал о том, что там
хотят создать новый источник света, и поэтому в последующие годы
(1961-1962) я разработал в основных чертах теорию лазера; вначале -
полуклассическую" [18]. На вопрос о контексте этих работ Хакен
отвечает: "Фоном моих работ была квантовая теория поля твердого тела,
в которой квантуют электромагнитное поле и рассматривают взаимо
действие электронов, отсюда, естественно, напрашивался вывод урав
нений для взаимодействия света и материи..." ГГам же].

д) Исследования Холдинга представляли собой применение теории
систем к проблемам экологии. В 1973 г. он ввел различие между
устойчивостью и упругостью (resilience), чтобы лучше понять динами
ческие процессы в экосистемах [21]. Он исходил из наблюдения, что при
возникновении критических нарушений устойчивость экосистемы больше
не сохраняется. "Если меняется степень изменчивости, то равновесие
смещается". При этом, однако, оказалось, что "если управление является
внутренним и саморегулирующимся, т.е. гомеостатическим, то откры
вается возможность изменения организации" [22, р.61. "Устойчивость"
определяется Холдингом все еще в смысле, традиционно принятом в ки
бернетике, - как способность системы "достичь равновесного стационар
ного состояния или состояния устойчивых колебаний или возвратиться к
нему" ("это классическое определение, основанное на равновесии"). "Упру
гость", напротив, описывает способность системы отвечать на сильные
возмущения эволюционными процессами приспособления. Говоря короче:
"В устойчивости, как было определено здесь, делается упор на состояние
равновесия, низкую изменчивость, а также сопротивление изменениям и
их поглощение. В резком контрасте с этим "упругость" характерна для
границы области устойчивости и ее явлений, происходящих вдали от
равновесия". Упругость обеспечивает системе возможность дискретных
переходов в новые состояния, причем "дискретное изменение есть
внутреннее свойство лю*ой системы. В течение значительного времени
изменение Происходит постепенно, и дискретное поведение сдерживается.
Затем, однако, достигаются условия, когда скачок становится все более
вероятным, и, наконец, неизбежным" (Там же, р. 20].

Возможное более общее значение этих идей в то время не было осоз
нано; в еще меньшей степени могла идти речь об общей теории само
организации. Вместо этого с помощью новых подходов лишь проводились
попытки решения частных проблем в отдельных дисциплинах, которые
были целиком и полностью связаны с существовавшей терминологией

93

соответствующей области исследований и в этом смысле все еще были
"консервативными". Они не противостояли "нормальному развитию" соот
ветствующей области, с ними не были связаны какие-либо революцион
ные замыслы, не имели они и серьезного значения для других областей
науки. Хорошим примером этого является сфера кибернетики. В прово
дившейся в 1962 г. в Чикаго конференции по теме "Самоорганизующиеся
системы" приняли участие уже более 400 ученых, однако тематика ос
тавалась связанной с основной проблемой кибернетики - проблемой ма
шинного обучения [35].

В то же время в этих подходах уже содержалась революционная
сущность, которая, однако, либо не была обнаружена, либо особенно не
подчеркивалась, так как ее ведущая при применении в новой теоретичес
кой сфере роль оставалась скрытой вследствие привязки - скорее праг
матической - к контексту отдельных дисциплин. В рассуждениях Эйгена о
том, что отбор на молекулярном уровне представляет собой всего лишь
результат кинетического поведения, самовоспроизводство и метаболизм
(т.е. открытость системы) содержались в качестве необходимых пред
посылок. Хотя в первых работах Хакенапо теории лазера и была ус
тановлена роль взаимодействия между атомами как механизма образо
вания когерентных световых волн, но о самоорганизации речи не шло.
"Конечно, сейчас можно видеть, что это прекрасный пример самоор
ганизации, только тогда я этого не воспринимал в таком смысле" [18].
Принцип минимума производства энтропии Пригожина (1945 г.) был
сформулирован в контексте термодинамической устойчивости неравновесных
состояний, однако в нем уже содержалась суть концепции
самоорганизации. "Поэтому я бы сказал, что идея самоорганизации была
четко сформулирована в рамках термодинамики неравновесных состояний
в моей работе 1945 г., и... это неожиданно привело к значительному
расширению диапазона неравновесных состояний вдали от положения
равновесия... что показа...

Список страниц

• #
• 1
• 2

Закладка в соц.сетях