Малинецкий Г.Г. Пространство синергетики:
Взгляд с высоты. № 60. Изд. стереотип.

Оглавление

Обаяние целостности

Среди миров, в мерцании светил Одной Звезды я повторяю имя... Не потому, чтоб я Её любил, А потому, что я томлюсь с другими. И.Анненский

Целое обладает удивительной способностью придавать новый смысл частям, создавать внутреннюю гармонию, приоткрывать завесу грядущего.

Эта книга о целом. Путь к ней начался в 2002 г.... Чтобы представить пройденный маршрут, перевалы и вершины, стоит взглянуть на карту. Такой картой для науки можно считать график, отражающий среднюю цитируемость статей в различных областях науки (см. рис. 1). Эта величина показывает, насколько активно и энергично научное сообщество, развивающее данную область, какой путь уже пройден, насколько широк фронт исследований.

Рис.1. Средняя цитируемость статей по областям науки. Обращает на себя внимание очень большая разница в цитируемости статей в разных областях. Особое место занимает иммунология, дела в которой обстоят у нас существенно лучше, чем в других направлениях

Моё сознание, как и мнение большинства коллег, до знакомства с подобными данными оставалось "школьным", связанным с детским восприятием отдельных "предметов". И в этом восприятии "физика" сравнима с "химией", каждая из них по объему и трудности материала гораздо "больше" биологии и намного "меньше" математики.

Но "взрослая" наука оказывается совсем другой. Если взять вместе "лидеров" – молекулярную биологию и генетику, фармакологию и токсикологию вместе с биологией и биохимией ("потомками" школьной биологии), – то они в 7 раз превосходят физику и химию и в 17 раз – математику или информатику.

Это результат того, что науки живут как бы "в разном времени", находятся "в разном возрасте" – одни в старости, другие в зрелости, третьи в юности. Отсюда следует, что многие идеи, методы, подходы, "пройденные" в одной области исследований, могут оказаться последним словом и волнующей перспективой в другой. Поэтому самим учёным очень нужны междисциплинарные подходы, которые позволяют мыслить широко, поверх границ отдельных дисциплин, направлений, школ, традиций, помогают ломать барьеры, мешающие двигаться вперёд.

Более того, это хорошо понимается в мире (см. рис.fig-01). Цитируемость работ, посвящённых междисциплинарным исследованиям, всего лишь вдвое меньше, чем у статей по химии. Значит, в мире такими исследованиями занимаются масштабно и всерьёз.

Ну а теперь посмотрим на профиль российской науки. Он довольно сильно отличается от мирового. Как ни странно, ближе всего к мировым показателям находятся исследования, относящиеся к экономике и бизнесу. Если бы так же дела обстояли с экономикой и бизнесом в нашем отечестве...

Неплохо на мировом фоне смотрится физика. По большинству направлений науки бесстрастная статистика фиксирует отставание показателей российской науки вдвое-втрое.

По-видимому, XXI в. будет веком человека. Развитие возможностей и способностей людей и коллективов станет магистральным направлением. С ним будут связаны и главные возможности, и основные угрозы. Поэтому очень показателен перечень "аутсайдеров" российской науки – это общественные науки, а также психология и психиатрия. Здесь мы отстаём от мировых показателей вчетверо.

И завершают этот список междисциплинарные подходы, где отставание оказывается почти пятикратным...

И такое положение дел очень тревожит. В самом деле, до середины XX в. магистральным путём развития научного знания был анализ ("расчленение", "дробление" в дословном переводе). Организация науки походила на средневековый город – гильдия физиков, лига обществоведов, секта химиков и прочие сообщества были слабо связаны, не слишком хорошо представляли проблемы друг друга и уж тем более не опирались друг на друга, и не очень поддерживали собратьев из других научных цехов. Да и до сих пор "корпоративные интересы" институтов, отделений, секций академии обычно выступают как непререкаемые аргументы или священные коровы Российской академии наук. Пироги должен печь пирожник, сапоги тачать сапожник. А если что идёт не так, то, как в известном детском стихе Бориса Заходера, надо звать "академика по котам" и "академика по китам".

Привычное, по-своему очаровательное научное средневековье: "Только физика – соль, остальные всё ноль", "что-то физики в почёте, что-то лирики в загоне", "...а филолог и химик дуби-и-и-и-на!", "среди наук есть только физика, всё остальное – собирание марок".

Однако уже с середины XX в. ситуация начала стремительно меняться. Новые науки, технологии, профессии стали рождаться на стыках существовавших дисциплин или специальностей, подчас довольно далеких: биологическая физика, математическая психология, компьютерная графика, молекулярный дизайн, а также многое, многое другое.

В настоящее время широким фронтом развивается технологическая платформа NBIC (Nano Bio Info Cognito), в которой междисциплинарность заложена изначально. Предполагается, что именно сочетание нанотехнологий и биотехнологий с информационными и когнитивными технологиями даст новое качество. Ученые и инженеры надеются, что целое окажется гораздо больше суммы своих частей.

Но, пожалуй, наиболее остро потребность в междисциплинарности, в специалистах, умеющих видеть лес в целом, а не только отдельные деревья, ветви или листья, ощутили руководители. "У нас есть тысяча специалистов, которые знают, как построить пирамиду, и нет ни одного, который бы сказал, следует ли её строить", – говорил Джон Кеннеди в нелёгкий для Америки час.

Первым междисциплинарным подходом стала "общая теория управления и связи в человеке, машине и обществе", или кибернетика. Именно так ее определял основоположник этого подхода американский математик Норберт Винер. Он вместе с коллегами обратил внимание на поразительную аналогию между системами наведения зенитных ракет, некоторыми заболеваниями нервной системы и экономическими механизмами, определяющими периодические кризисы в капиталистической экономике. Появившиеся в то время компьютеры дали кибернетике крылья. Её термины: "обратная связь", "черный ящик", "большая система", "цена игры", "контур управления" – стали общеупотребительными.

Идеи кибернетики вдохновляли инженеров, футурологов, ученых, давали ощущение огромных возможностей человечества. Польский фантаст Станислав Лем в книге "Сумма технологии", опираясь на идеи кибернетики, рассуждал о предельных возможностях человечества, о том, сможем ли мы гасить звезды и преобразить себя для жизни в космосе. Биохимик, писатель и популяризатор науки Айзек Азимов писал о сказках роботов и об этических основах, на которых должно быть основано наше с ними совместное существование.

Но... прекрасное зеркало кибернетики, отражающее реальность и перспективы, через 20 лет после работ Винера разбилось на отдельные науки, направления, научные школы. Из кибернетики "вышли" системное программирование и робототехника, имитационное моделирование и системный анализ, теория информации и математическая лингвистика, распознавание образов и искусственный интеллект, дискретная математика, теория алгоритмических языков и многое другое. Целостность была утрачена...

Наверно, отчасти это связано с запросами техники, которые привели к неравномерному и негармоничному развитию целого. Может быть, как это иногда бывает, в нужное время в нужном месте не оказалось талантов, энтузиастов и стратегов, видящих перспективу и увлекающих коллег, учеников, последователей...

Может быть, виноваты отцы-основатели, рисовавшие слишком радужные перспективы и далеко отрывавшиеся от конкретных концептуальных и математических моделей, что позволяло "растворять" подход в общих, не имеющих отношения к предмету рассуждениях. Один из создателей кибернетики Росс Эшби заявлял, что этот подход представляет собой "состояние ума". Подобные взгляды позволили распахнуть двери для не слишком сведущих людей, которые начали говорить от лица "кибернетиков".

Но дело, может быть, и в самой сути. Вспомним про "черный ящик". Это очень удачный образ управляемой системы. В ответ на заданные управляющие воздействия она должна давать вполне четкие и определенные реакции. При этом не так важно, как устроена такая система, что находится внутри "черного ящика". Для задач управления многими технологическими системами такой взаимосвязи "стимул–реакция" может быть вполне достаточно.

Но если чуть-чуть отойти в сторону, то увидим иное. Представим себе социологический опрос, в ходе которого мы задаем одни и те же вопросы одним и тем же людям. Социологи знают, что ответы будут различными и они будут зависеть от множества привходящих факторов, например от времени между подобными опросами. Здесь "черный ящик" придется "открывать" и более глубоко и конкретно разбираться в природе изучаемой системы.

Следующая "междисциплинарная эпоха" началась в 1970Нх гг. и оказалась связана с именами немецкого физика-теоретика Германа Хакена и лауреата Нобелевской премии по химии 1977 г. бельгийского учёного Ильи Романовича Пригожина.

Первый обратил внимание на удивительную аналогию простейших математических моделей, описывающих различные нелинейные системы. Например, уравнения для динамики лазера совпали с теми, которые моделируют конвекцию в подогреваемом снизу слое жидкости (такие процессы являются одними из ключевых факторов, влияющих на погоду). За множеством подобных аналогий Герман Хакен увидел контуры внутреннего единства, основу для создания нового междисциплинарного подхода.

Этот подход он назвал теорией самоорганизации, или синергетикой (от греческих слов, обозначающих совместное действие). Герман Хакен вложил в этот термин два смысла.

Во-первых, это подход, показывающий, как у системы (целого) возникают новые свойства, характеристики, стратегии, которыми не обладают её элементы (части).

Во-вторых, это междисциплинарный подход, развитие которого требует совместных усилий ученых-естественников, гуманитариев, математиков, а сейчас можно добавить и инженеров, управленцев, системных аналитиков.

Оглядываясь назад, понимаешь, каким нелёгким было становление синергетики в научном сообществе, разделённом на узкие цеховые рамки, и при наличии системы образования, ориентированной на конкретные знания, умения, навыки, а не на общее видение, постановку проблем и перенос идей и методов из одной области в другую.

И тут большую роль играет личность родоначальника научного направления, его энергия, оптимизм, умение привлекать коллег, способность увидеть перспективу. И этими важными качествами Герман Хакен обладает в полной мере. Его блестящей находкой стала публикация большой серии книг – лекций по синергетике, которые выходили в издательстве "Шпрингер".За несколько десятилетий в этой замечательной серии было издано около сотни томов.

Серия сыграла огромную роль в становлении и развитии синергетики. Научная статья "живёт" несколько лет, время жизни большинства книг (не считая учебников и того, чему суждено стать "классикой") – 5–7 лет, серия живёт в "долгом времени", измеряемом многими десятилетиями, создавая свой круг авторов, читателей, идей, надежд... "Бог на стороне больших батальонов", – говорил Наполеон. Вероятно, и к информационному пространству это относится не в меньшей мере, чем к военному искусству.

В междисциплинарных областях такое дело, как издание серии, особенно важно. Активно работающие исследователи, выступающие как авторы, осмысливают новый круг идей, привносят своё видение и начинают прокладывать путь в междисциплинарном поле. Для студентов, аспирантов, молодых сотрудников, всех интересующихся "драмой идей" открывается целый мир, в котором можно найти или уютный уголок для собственных научных занятий, или вершину, с которой видны новые горизонты.

Большую роль сыграла энциклопедическая эрудиция Германа Хакена, его энтузиазм, интерес к науке, юмор и лёгкий характер, а также прекрасное знание русского языка.

– Почему Вы назвали новую дисциплину "синергетикой"?

– Мне показалось, что эксперты фондов могут поддержать междисциплинарные идеи, но нужны новые слова и новое название. Под латинские названия больших денег не дадут, поэтому я остановился на греческом варианте.

Или:

– Как Вам удалось так успешно овладеть русским языком?

– Мой дед в Первую мировую войну воевал на Восточном фронте, попал в плен и выучил там русский язык. Мой отец во Вторую мировую воевал на Восточном фронте, попал в плен и там выучил русский язык. Имея в виду, что история повторяется, мама посоветовала мне выучить русский язык заранее. И я последовал этому совету.

Такие диалоги входят в легенды и обрастают подробностями, придавая тепло и внося ощущение игры в огромный мир, каковым является наука.

Большое влияние на развитие синергетики оказал выдающийся исследователь, специалист по термодинамике и статической физике, философ и блестящий лектор И.Р.Пригожин. С ним связан масштаб тех вопросов, которые сегодня задаёт себе синергетика.

Один из выдающихся физиков сравнил закон сохранения энергии со скромным бухгалтером, скрупулёзно сводящим доходы и расходы, а второе начало термодинамики – со всесильным директором, определяющим, куда идут процессы. И направление это – к росту энтропии, к хаосу, к тепловой смерти. Но как же этот безрадостный финал согласуется с химической, геологической, биологической и социальной эволюцией?

В учении Дарвина, обобщающем огромный биологический материал, утверждается, что эволюция ведет нас ко всё более совершенным, развитым, приспособленным к окружающей среде видам и формам живого. Острое противоречие между двумя основополагающими теориями налицо.

Другой "вечный вопрос" связан с природой времени. В своё время один из классиков философии Блаженный Августин как-то заметил, что если его не спрашивают, что такое время, то он прекрасно это знает, но если спрашивают, то не знает, что ответить (как это похоже на ощущение многих современных студентов!).

Развитие естествознания сделало этот вопрос ещё более острым. В самом деле, во втором законе Ньютона переменную t, соответствующую времени, можно заменить на -t. Уравнение от этого не изменится. Это означает, что киноленту, фиксирующую нашу реальность, в соответствии с классической механикой, можно пустить как в прямом, так и в обратном направлении. Пуля может влететь в ствол ружья. В стакан с водой, который при "прямом просмотре" упал со стола и разбился, вода при "обратном просмотре" будет удивительным образом собираться, а сам сосуд "впрыгнет на стол". Однако в жизни этого почему-то не происходит. Почему?

На этот важнейший вопрос физики давали и дают разные ответы, которые не очень устраивают их самих. На макроскопическом уровне, как показали работы Брюссельской научной школы, которую в течение многих лет возглавлял И.Р.Пригожин, в нелинейных, далеких от равновесия системах рассеяние энергии (связанное с вязкостью, теплопроводностью, диффузией, электрическим сопротивлением) выступает в качестве "архитектора" возникающей упорядоченности. И.Р.Пригожин предположил, что схожим образом дело обстоит и на микроуровне, что рассеяние энергии (диссипация) должно входить в фундаментальные уравнения, описывающие нашу реальность.

Сама постановка подобных вопросов придает совсем другой масштаб и звучание идеям междисциплинарности. В самом деле, если не привлекать для объяснения того, что установили ученые, высшие силы, то нам самим надо многое понять и представить. Как "возникла" Вселенная (и существует ли она в единственном экземпляре или есть целый набор "миров")? Почему вещества в ней оказалось гораздо больше, чем антивещества, несмотря на всю симметрию соответствующих уравнений? Как и при каких условиях возникает жизнь? Что такое "сознание", и можно ли наделить чем-то подобным искусственные, кремниевые создания?

Ответы на эти и многие другие волнующие вопросы вновь и вновь требуют широкого взгляда и междисциплинарности. [...]

Об авторах

Российский физик, биолог, экономист. Главный научный сотрудник Института им.П.Н.Лебедева РАН. Действительный член РАЕН (1991). Победитель конкурса "На лучшее объяснение ключевых вопросов строения мира" (2004) программы Александра Гордона (с призовым фондом 1 млн евро).

Родился 24 февраля 1926 г. в Москве. Закончил инженерно-физический факультет Московского механического института (ныне МИФИ) в 1949 г. С 1955 г. кандидат физико-математических наук (тема диссертации – "Изучение взаимодействия нейтрона и протона при малых энергиях вариационным методом"). С 1964 г. доктор физико-математических наук (тема диссертации – "Периферическое взаимодействие частиц высокой энергии").

Основные направления научных исследований и научные достижения Д.С.Чернавского относятся к биофизике, синергетике теории развивающихся (физических, биологических, экономических и социальных) систем, клиодинамике. В 1966 г. он сформулировал концепцию о функционировании белков-ферментов, известную сейчас под названием "белок-машина". В середине 1970Нх гг. разработал теорию туннельного электронного транспорта в биологических системах, получившую в дальнейшем широкое признание. В 1975 г. предложил модель возникновения ценной биологической информации на примере единого биологического кода. Автор более 350 научных трудов.

Андрианов Игорь Васильевич

Доктор физико-математических наук (1990, МИЭМ), профессор (1990). Окончил среднюю школу в Черкассах (1966), мехмат (1971) и аспирантуру (1974, научный руководитель профессор Л.И.Маневич) Днепропетровского университета. Соавтор 9 монографий, в том числе в Springer (3), Kluwer (1). Руководитель 20 успешно защищенных диссертаций. Соросовский профессор (1996). Член Американского математического общества, общества индустриальных и прикладной математик, немецкого общества прикладной математики и механики. Научные интересы: асимптотология, механика, динамические системы. Женат, имеет трех сыновей.

Маневич Леонид Исакович

Доктор технических наук, заведующий сектором института химической физики РАН, профессор Московского физико-технического института, Соросовский профессор. Автор 14 монографий, пять из которых изданы в США, Англии и Германии. Основные научные интересы связаны с нелинейной динамикой, физикой полимеров, теорией пластин и оболочек. В этих областях науки автор развивает методологию, связанную с асимптотическими методами. Среди его многочисленных учеников – 12 докторов наук.

Баранцев Рэм Георгиевич

Доктор физико-математических наук, профессор Санкт-Петербургского государственного университета, лауреат Государственной премии за работы в области аэромеханики. В начале 1980Нх годов возглавил семинар по семиодинамике, изучавший общие закономерности возникновения, развития и отмирания естественных систем в знаковом представлении. Развитая тогда открытая методология обеспечила плодотворное участие автора в семинаре по синергетике, работающем при Санкт-Петербургском союзе ученых с 1993 года. Синергетический подход позволил составить целостное представление о современном естествознании, о путях развития современной математики.

Валерий Иванович Быков

Родился в 1945 г. в Сретенске, Читинская область. Окончил Новосибирский государственный университет по специальности "математика". Работал в Институте катализа СО АН СССР и Вычислительном центре СО АН СССР (Красноярск), где в течение ряда лет возглавлял лабораторию математических задач химии. Доктор физико-математических наук (1985 г., Черноголовка, Институт химической физики АН СССР), профессор, действительный член Международной академии наук Высшей школы, трижды соросовский профессор. В 1995 г. организовал кафедру моделирования и оптимизации систем в Красноярском государственном техническом университете. С 2005 г. профессор МГТУ им.Н.Э.Баумана.

Организатор ряда конференций по математическим проблемам химической кинетики и теории горения, член редакционных советов журналов "Физика горения и взрыва" и "Горение и плазмохимия". Автор более 200 научных статей, 9 монографий, две из которых изданы за рубежом, и трех научных пособий по математическому моделированию и оптимизации широкого круга физико-химических процессов.

(Из книги "Моделирование критических явлений в химической кинетике" – 3566)

Валерий Иванович Быков

Доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой математики и информационных технологий Московской академии предпринимательства при Правительстве Москвы. Окончил Новосибирский государственный университет по специальности "Математика". Работал в Институте катализа СО АН СССР и Вычислительном центре СО АН СССР (г.Красноярск), где в течение ряда лет возглавлял лабораторию математических задач в химии. В настоящее время – профессор РХТУ им.Д.И.Менделеева. Автор более 250 научных публикаций в области математического моделирования и оптимизации широкого круга физико-химических процессов, а также десяти монографий, две из которых изданы за рубежом.

(Из книги: Быков В.И., Цыбенова С.Б. Нелинейные модели химической кинетики – 7840. Этот текст новее)

Юлий Александрович Данилов (1936–2003) – одна из наиболее ярких фигур отечественной синергетики, специалист в области математической физики и инвариантно-группового анализа. В течение нескольких десятилетий был одним из руководителей Московского семинара по синергетике, сыгравшего огромную роль в становлении этого междисциплинарного подхода в России. Блестящий переводчик, педагог, популяризатор науки, член редакционных коллегий журналов "Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика" и "Квант".

Ю.А.Данилов в 1963 г. окончил механико-математический факультет МГУ им.М.В.Ломоносова. Вся его творческая жизнь прошла в теоретическом отделе отделения молекулярной физики Института атомной энергии им.И.В.Курчатова. Он обладал уникальной способностью аккумулировать знания, владел более чем 20 языками и перевел на русский язык 110 книг по математике, физике, истории науки. В сфере интересов Ю.А.Данилова была также история развития естествознания. Он одним из первых стал пропагандировать новое направление в научном мире – синергетику, и включился в поиск законов самоорганизации, описываемых едиными уравнениями в физике, химии, биологии, социологии, медицине.

Клаус Майнцер (род. в 1947 г.)

Один из крупнейших в мире специалистов в области нелинейной динамики, теории самоорганизации сложных систем и искусственного интеллекта. Директор Академии им.Карла фон Линде и заведующий кафедрой философии и теории науки в Техническом университете Мюнхена, президент Немецкого общества по исследованию сложных систем и нелинейной динамики. Член ряда престижных международных научных организаций Германии, Швейцарии, США. Автор более 20 монографий, в том числе таких получивших широкую известность книг, как "Сложность" (2008), "Творческий случай. Как в мире возникает новое?" (2007), "Симметрия и сложность. Дух и красота нелинейной науки" (2005), "Философия компьютера" (2003), "Искусственный интеллект. Основы работы разумных систем" (2003).

Настоящее издание – русский перевод его книги "Thinking in Complexity. The Computational Dynamics of Matter, Mind, and Mankind", выдержавшей 5 изданий в Германии с 1994 по 2007 гг. и переведенной на китайский, японский и польский языки. Это его первая книга, опубликованная в России.

Роджер Пенроуз

Выдающийся ученый современности, активно работающий в различных областях математики, общей теории относительности и квантовой теории; автор теории твисторов.

Р.Пенроуз возглавляет кафедру математики Оксфордского университета, а также является почетным профессором многих зарубежных университетов и академий. Он является членом Лондонского королевского общества. Среди его наград – премия Вольфа (совместно с С.Хокингом), медаль Дирака, премия Альберта Эйнштейна и медаль Королевского общества. В 1994 г. за выдающиеся заслуги в развитии науки королевой Англии ему был присвоен рыцарский титул.

Петр Валентинович Турчин

Профессор экологии Коннектикутского университета (США). Один из ведущих американских специалистов в области динамики экологических сообществ. Автор более 70 статей в ведущих международных журналах, в том числе 6 работ в журналах "Science" и "Nature". Автор получивших широкую известность книг "Quantitative analysis of movement" (1998), "Complex population dynamics" (2003), "Historical dynamics" (2003), "War and peace and war" (2005). Входит в число 250 самых цитируемых исследователей в экологии. Руководил несколькими крупными экологическими проектами. В настоящее время областью научных интересов П.В.Турчина является динамика социальных систем в историческом контексте.