Впервые термин синергетика был введен великим английским физиологом Шеррингтоном в 1868 году. Сто лет спустя профессор Штудгардского университета Германии Герман Хакен снова применяет термин синергетика для определения совокупного, кооперативного действия атомов, молекул или более сложных образований. В дальнейшем с 1973 года в Германии каждые два года проводятся симпозиумы по синергетике и издаются сборники докладов. В 1978 году издается первая монография Г. Хакена, посвященная синергетике – новой дисциплине, возникшей на стыке физики, химии, математики, термодинамики, биологии, социологии, философии, астрономии и других наук. Уже в 1983 году выходит вторая книга известного западногерманского физика-теоретика Г. Хакена «Иерархии неустойчивости в самоорганизующихся системах и устройствах».
В дальнейшем теория синергетики подхватывается широким кругом исследователей всего мира. Всепроявляющийся интерес к теории самоорганизации служит факт переиздания книг Г. Хакена на русском, японском, французском и других языках. Распространение теории синергетики похоже на лавинообразный процесс. Столь стремительный прогресс объясняется высокой степенью универсальности теории, возможностью применения почти в любой области науки и объяснение многих, не поддающихся анализу процессов.
Термин «синергетика» не является общепринятым и общая направленность подобного рода исследований, проводимых в ряде научных школ в России и на Западе, может быть выражена немногими ключевыми словами: эволюция, коэволюция, инволюция, самоорганизация, сложность, хаос, нелинейность, нестабильность, открытость. Основная же терминология синергетики вкладывается в следующих понятиях: флуктуация, бифуркация (точка бифуркации), устойчивое равновесие, неустойчивое равновесие, самоорганизация и т.д.
Эволюция – процесс развертывания, взрыв активности, расхождение и дезинтеграция с частичным распадом.
Инволюция – процесс свертывания, схождения к центру, интеграция.
Коэволюция – совместное гармоническое существование человека и природы.
Неустойчивое равновесие – состояние системы (среды), в которой для поддержания равновесия требуется большое количество энергии, и ее структура зависит от единичных возмущений.
Устойчивое равновесие – состояние системы (среды), в котором единичные возмущения (возбуждения) не играют существенной роли.
Неустойчивость – это вероятностный распад сложно организующихся структур вблизи момента обострения (точки бифуркации).
Флуктуация – микроскопические движения, вызывающие быстрый, лавинообразный процесс выхода на более высокий уровень организации.
Точка бифуркации – момент перехода системы (среды) в организованное состояние или наоборот.
Диссипативная структура – это структура с более высоким, более дифференцированным уровнем упорядоченности или организации.
Когерентность – согласование темпов жизни структур посредством диффузионных, диссипативных процессов, являются макроскопическими явлениями хаоса.
Согласно теории синергетики, любая система может находиться в трех состояниях, поочередно в прямом или обратном направлении:
- равновесном, относительно устойчивом, при котором система, будучи выведенной из своего исходного состояния, возвращается к нему;
- слабо неравновесном, в котором система ведёт «спокойно», подчиняясь линейным зависимостям;
- сильно неравновесном, в котором господствуют нелинейные зависимости и нелинейная детерминация.
Статус основополагающих детерминант приобретают точки бифуркации. Как правило, они располагаются между первым и третьим состояниями систем. В сильно упрощенном виде сущность теории систем, по словам И. Пригожина, сводится к следующему. «Некоторые части вселенной действительно могут действовать как механизмы. Таковы замкнутые системы, но они в лучшем смысле, составляют лишь малую долю физической Вселенной. Большинство же систем, представляющих для нас интерес, открытые – они обмениваются энергией или веществом (можно было бы добавить: и информацией) с окружающей средой. К числу открытых систем, без сомнения, принадлежат биологические, социальные системы, а это означает, что любая попытка понять их в рамках механической модели, заведомо обречена на провал».
Кроме того, открытый характер подавляющего большинства систем во Вселенной наводит на мысль о том, что реальность отнюдь не является ареной, на которой господствует порядок, стабильность и равновесие: главную роль в окружающем нас мире играют неустойчивость и неравновесность». «Пригожинская парадигма особенна тем, что она акцентирует внимание на аспектах реальности, наиболее характерных для современной стадии ускоренных социальных изменений: разупорядочности, неустойчивости, разнообразии, неравновесности, нелинейных соотношениях, в которых малый сигнал на входе может вызвать сколь угодно сильный отклик на выходе, и темпоральности – повышенной чувствительности к ходу времени».
Помимо того, что системы подразделяются на открытые и замкнутые, открытые системы могут находиться в уравновешенном состоянии, слабо уравновешенном и неуравновешенном состояниях. В уравновешенном состоянии система нуждается в меньшем объеме энергии, вещества и информации, нежели в неустойчивом состоянии. В неустойчивых системах сильно развиты возбуждения и возмущения, которые в дальнейшей жизни систем играют решающую роль. Согласно теории изменения, когда на систему, находящуюся в сильно неравновесном состоянии, действуют, угрожая ее структуре, флуктуации (возмущения, возбуждения), наступает критический момент – система достигает точки бифуркации (перехода, ветвления). В этой точке совершенно невозможно предсказать, в какое состояние перейдёт система. После выбора одного из многих возможных путей развития вновь вступают силы детерминизма (стабильности, устойчивости).
Согласно синергетической теории изменения, когда на систему, находящуюся в сильно неравновесном состоянии, действуют, угрожая ее структуре возмущения, напряжения, наступает критический момент – система достигает точки перехода. В этой точке совершенно невозможно предсказать, в какое состояние перейдет система. После выбора одного из многих возможных путей развития вновь вступают силы детерминизма. Одной из наиболее интересных особенностей динамического состояния вещества, отражающие взаимодействие данной системы с окружающей средой является их согласованность. Система ведет себя, как единое целое и как если бы она была вместилищем дальнодействующих сил. Несмотря на то, что силы молекулярного взаимодействия являются короткодействующими, то есть действуют на расстоянии порядка 10-8 см, система структурируется так, как если бы каждая молекула была «информирована» о состоянии системы в целом. Структуры в неравесно-перенапряженном состоянии становятся очень чувствительными как к внутренним, так и к внешним всевозможным возбудителям. «На несколько антропоморфном языке можно сказать, что в состоянии равновесия материя «слепа», тогда как в сильно неравновесных состояниях она обретает способность различия во внешнем мире (например, слабые гравитационные и электрические поля) и учитывать их в своем функционировании».
Таким образом, вблизи точек перехода в другое состояние основную роль играют случайные элементы. Все рассматриваемые модели перехода через случайности к порядку открывают перед нами неустойчивый мир, в котором малые причины порождают большие следствия. Эти слова обретают максимальную силу в наше время. Известный футуролог Е. Дрор выразил суть этой новой ситуации так: мы живем в мире, в котором возрастает вероятность мало вероятностных событий. Другими словами возрастает роль незначительных колебаний, а это происходит в непосредственной близости к точке перехода.
Сильно неравновесные системы могут быть названы организованными, так как усиление микроскопического возмущения, пришедшего в «нужный момент», приводит к выбору единственного пути из ряда одинаково возможных вариантов. В этих системах процессы самоорганизации соответствуют тонкому взаимодействию между случайностью и необходимостью, возмущениями и детерминистическими законами. Таким образом, вблизи точки перехода в новое состояние основную роль играют мелкие возмущения или случайные элементы. Все рассматриваемые модели перехода через возмущения к порядку открывают перед исследователем неустойчивый мир, в котором малые причины порождают большие следствия. Пользуясь методом дедукции можно увидеть, что по синергетической модели развивается все, что нас окружает. Исключением являются те процессы, к которым человечество приложило свою руку, пытаясь стабилизировать и уравновесить среду своего обитания.
Идеи синергетики еще практически не осмыслены представителями технического знания и весьма редко используются для анализа исследуемых объектов. Вместе с тем, они содержат мощный эвристический потенциал, овладение которым могло бы удержать исследователей от ошибок при анализе процессов разработки месторождений полезных ископаемых и эффективного управления состоянием массива горных пород. Так, например, геомеханика изучает закономерности простейшей формы движения относительного перемещения тел в пространстве со временем, которые в значительной степени зависит от начальных условий. Термодинамика рассматривает явления, обусловленные совокупным действием огромного числа непрерывно движущихся молекул или других частиц, из которых состоят окружающие нас тела и замкнутые системы. Синергетика же оперирует макроскопическими свойствами открытых систем находящихся в уравновешенном, слабо уравновешенном и неуравновешенном состояниях. Следует подчеркнуть, что в уравновешенном состоянии система нуждается в меньшем объеме энергии и вещества, нежели в неустойчивом состоянии. В неустойчивых системах сильно развиты возбуждения и возмущения, которые в дальнейшей жизни систем играют решающую роль.
