Файл: Учебник КСЕ.doc

9.5. Принципы нелинейного образа мира

Первая научная картина мира была построена И. Ньютоном, несмотря на внутреннюю парадоксальность, она оказа­лась удивительно плодотворной, на долгие годы, предопределив самодвижение научного познания мира. В этой удивительной Вселенной не было места случайностям, все события были строго предопределены жестким законом причинности. А у времени было еще одно странное свойство: из уравнений классической механики следовало, что во Вселенной не изменится ничего, если оно вдруг начнет течь в противоположном направлении.

Все было бы хорошо, если бы не одна особенность реального мира – его склонность к хаотическим состояниям. С точки зрения классики – это нонсенс, то, чего быть не может. Открытия термодинамики заставили посмотреть на проблему по-иному: был сделан вывод, что хаос, состояние «тепловой смерти» – это неизбежное конечное состояние мира.

Стало ясно, что, не найдя научного подхода к изучению явле­ний хаоса, мы заведем научное познание мира в тупик. Существовал простой способ преодоления этих трудностей: следовало превратить проблему в принцип. Хаос – это свободная игра факторов, каждый из которых, взятый сам по себе, может показаться второстепенным, незначительным. В уравнениях математической физики такие факторы учитываются в форме нелинейных членов, т.е. таких, которые имеют степень, отличную от первой. А потому теорией хаоса должна была стать нелинейная наука.

Классическая картина мира основана на принципе детерми­низма, на отрицании роли случайностей. Законы природы, сформулированные в рамках классики, выражают определенность. Реальная Вселенная мало похожа на этот образ. Для нее характерны: стохастичность, нелинейность, неопределенность, необра­тимость. Понятие «стрелы времени» утрачивает для нее прежний, ясный смысл.

В нелинейной Вселенной законы природы выражают не определенность, а возможность и вероятность. Случайности в этой Вселенной играют фундаментальную роль, а ее наиболее харак­терным свойством являются процессы самоорганизации, в которых и сам хаос играет конструктивную роль. Формирование научного аппарата нелинейной картины мира происходило по нескольким направлениям. В математике это теория особенностей (А. Пуанкаре, А.А. Андронов, X. Уитни) и теория катастроф (Р. Том, К. Зиман, В.И. Арнольд). Ключевые термины, введенные в этих теориях, это бифуркация – процесс качественной перестройки и ветвления эволюционных паттернов системы, катастрофы – скачкообразные изменения свойств системы, возникающие на фоне плавного изменения параметров, аттрактор – «притягивающее» состояние, в котором за счет отрицательных обратных связей автоматически подавляются ма­лые возмущения.

Рассмотрим базовые принципы нелинейного образа мира. Во-первых, это принцип открытости. Система является открытой, если она обладает источниками и стоками по веществу, энергии и/или информации. Во-вторых, это принципы нелинейности. В-третьих, это когерентность, т.е. самосогласованность сложных процессов используется, например, в лазерах.

---

Опираясь на эти принципы, перечислим основные отличи­тельные свойства мира, подчиняющегося нелинейным закономерностям.

1. Необратимость эволюционных процессов. Барьер, который препятствует стреле времени обратить свой вектор в противоположную сторону, образует нелинейные процессы.

2. Бифуркационный характер эволюции. Принципиальная отличительная особенность развития нелинейных систем – чередование периодов относительно монотонного самодвижения в режиме аттракции и зон бифуркации, где система утрачивает устойчивость по отношению к малым возмущениям. В результате за зоной бифуркации открывается целый диапазон альтернативных эволюционных сценариев. Это означает переход от жесткого лапласовского принципа детерминизма к бифуркационному вероятностному принципу причинно-следственных связей.

3. Динамизм структуры саморазвивающихся систем. Существуют два типа кризисов эволюционирующей системы – структурный и системный. В случае первого после зоны бифуркации та­кая система может сохранить устойчивость за счет перестройки своей структуры, во втором – переходит на качественно новый уровень.

4. Новое понимание будущего. К зоне бифуркации примыкает спектр альтернативных виртуальных сценариев эволюции. И, следовательно, паттерны грядущего существуют уже сегодня, будущее оказывает влияние на текущий процесс – этот вывод полностью противоречит классике.

Нелинейная наука ведет к эволюционной синергетической парадигме. Принятие этой парадигмы означает, во-первых, отказ от базовых постулатов традиционной науки: принципов существования абсолютно достоверной истины и абсолютно достоверного знания; принципа классической причинности; редукционизма; концепции линейности; гипотезы апостериорности, т.е. приобретения знаний исключительно на основе прошлого опыта.

Во-вторых, это принятие синергетических принципов конструирования картины мира.

1. Принцип становления: главная форма бытия – не покой, а движение, становление. Эволюционный процесс имеет два полюса: хаос и порядок, деконструкция.

2. Принцип сложности: возможность обобщения, усложнения структуры системы в процессе эволюции.

3. Принцип виртуальности будущего: наличие диапазона альтернативных паттернов в постбифуркационном пространстве-времени.

4. Принцип подчинения: минимальное количество ключевых параметров, регулирующих процесс происхождения бифуркации.

5. Фундаментальная роль случайностей в зоне бифуркации.

6. Принцип фрактальности: главное в становлении не элементы, а целостная структура.

7. Принцип темпоральности: суперпозиция различных темпоритмов элементов системы.

8. Принцип дополнительности: возможность моделирования эволюции системы с помощью нескольких параллельных теоретических подходов.

---

В свое время классическая картина мира показалась удобной для развития гуманитарных научных дисциплин. Адам Смит и Давид Риккардо, создавая политическую экономию, ввели понятие «невидимой руки рынка», принцип которой им подсказали идеи Ньютона о гравитации. Томас Гоббс, разрабатывая теорию государства, вдохновлялся теорией атомного строения материи.

Методы нелинейной науки, зародившиеся в сфере естественнонаучного знания, оказались перспективными при исследовании проблем социально-культурной динамики.

Самоорганизующихся биологические и социальные систем моделируются методами синергетики их структурных и эволюционных характеристик и получены неплохие результаты, интересные в научном и практическом отношениях.

Современный глобальный кризис в значительной мере обусловлен отставанием научной методологии прогнозирования от практических потребностей. Во многом это объясняется тем, что до сих пор не преодолено наследие классической методологии, а принципы нелинейности мышления еще не получили адекватного применения в области научного знания.

---

9.6. От автоколебаний к самоорганизации

Для пояснения поведения открытых систем и их постижения удобным является использование аппарата нелинейных колебательных систем, разработанного в радиоэлектронике и связи, на фазовых портретах, изображенных на рис.9.

Первая автогенераторная система называется сис­темой с мягким возбуждением – любой электрический толчок (например, подключение источника питания) наводит в резонансной структуре некоторое и_m и сис­тема из первоначального состояния неустойчивого равновесия (и_m= 0) попадает в область Р₊ > Р_– (причем с плюсом – активность, с минусом – пассивность). При этом избыток энергии Р > 0 тратится на увеличение напряженности поля в резонаторе. Этот процесс продолжается до точки устойчивого динамического равновесия при и_m = и_s (движение показано стрелкой). Если какая-то внешняя сила выведет систему из этого состояния, например в область Р_->Р_+, то Р <0 и система должна уменьшить и_m, так как энергии источника недостаточно для поддержания колебаний с такой амплитудой.

Рис.9. Виды режимов возбуждения колебательных и самоорганизующихся систем

Следовательно, система самостоятельно вернется в точку равновесия и_m = и_s (стрелка направлена справа налево). Во втором случае режим самовозбуждения называется жестким. В начальной области (малые и_m) Р_– > Р₊ и поведение системы аналогично только что рассмотренному случаю автогенератора с мягким возбуждением – система вернется в точку устойчивого равновесия при и_m = 0 (стрелка к началу координат). Таким образом, для выведения системы из состояния равновесия к ней необходимо приложить некоторый первоначальный толчок, обеспечивающий попадание ее в область и_m > и_s1. Поведение системы с жестким возбуждением при и_m > и_s1 в точности такое же, как и у автогенератора с мягким режимом самовозбуждения. Точка и_m = и_s1 является точкой неустойчивого равно­весия.

В нижней части рис.11 показано поведение мягкого и жесткого возбуждения автогенераторов на фазовой плоскости. Точкам равновесия на фазовой плоскости соответствуют предельные циклы колебаний (выделены жирными замкнутыми линиями). В теории колебаний доказаны теоремы существования и единственности предельных циклов.

Наличие на фазовой плоскости у некой исследуемой колебательной системы устойчивого предельного цикла свидетельствует о существовании в ней незатухающих колебаний.

Для всех типов генераторов общий принцип генерирования колебаний таков: генерирование колебаний есть процесс преобразования энергии некоторого источника (не обязательно электромагнитной природы) в энергию электромагнитных колебаний (или волн).

Таким образом, существуют два основных способа получения колебаний: за счет энергии источника постоянного тока (к примеру, электронные приборы) или за счет преобразования одних электромагнитных колебаний в другие с нужными параметрами (например, частотой). Наиболее характерными примерами последнего способа получения колебаний являются параметрические и квантовые генераторы.

---

9.7. Формирование инновационной культуры

Инновационная культура – это знания, умения и опыт целенаправленной подготовки, комплексного внедрения и всестороннего освоения новшеств в различных областях человеческой жизнедеятельности при сохранении в инновационной системе динамического единства старого, современного и нового; иными словами, это свободное творение нового с соблюдением принципа преемственности. Человек как субъект культуры преобразует (обновляет) окружающие его природный, вещный, духовный миры и самого себя таким образом, что эти миры и сам человек все более полно пронизываются собственно человеческим смыслом, т. е. гуманизируются.

Культура как способ жизни, коммуникации имеет достаточно интригующую аналогию с передачей, хранением и обработкой сигналов, несущих информацию по каналам связи. Также как и передача сигналов в каналах связи культура имеет свойство передачи, обработки, преобразования, хранения, подвержена помехам различного основания, подразделяется на аналоговую и цифровую составляющую.

Формированию инновационной культуры способствует проектирование и реализация мультидисциплинарных дидактических комплексов (МДК).

Под мультидисциплинарным дидактическим комплексом (МДК) нами понимается спроектированный на едином системообразующем основании комплекс дисциплин, в результате которого возникает нелинейный эффект усиления (принцип мультипликативности) дидактического результата.

Основными процессами познавательной деятельности являются анализ и синтез, причем анализ ради синтеза, но не наоборот. Познание достижимо лишь на моделях, а все модели допускают ту или иную степень приближения, в природе нет (и, видимо, не может быть) универсальных моделей. Анализ выступает, прежде всего, в движении познания от конкретности чувственного созерцания к абстрактным понятиям. Синтез проявляется в движении познания от абстрактных понятий к мысленному восстановлению конкретного как проанализированного целого. Аналогия между познавательной деятельностью в процессе обучения и познавательной деятельностью в процессе научного поиска передачи, обработки, преобразования, хранения информации открывает путь для использования познавательной модели МДК во всей полноте ее функциональных возможностей. Познавательная модель МДК обретает совокупность свойств дидактической модели, формирующей источник и правила нелинейного структурирования содержания образования.

Учебно-познавательная модель на МДК совмещает в себе процессуальный и содержательный аспекты, одновременно выступая в качестве конструктивного средства познавательной деятельности студентов и задавая системную организацию знания.

Структура познавательной модели МДК включает в себя информацию,

---