Применение синергетики в других науках

Синергетика выявила общность закономерностей развития объектов разного уровня организации. Разительное сходство уравнений, описывающих процессы в самых различных областях знаний позволяет говорить о структурном изоморфизме процессов самоорганизации любых систем. Для конкретных случаев меняются лишь параметры и значение входящих переменных. В химии, например, переменными являются концентрации реагирующих веществ. В биологии - численность организмов или биомасса, мембранный потенциал и т.д. Примером временной структуры в биологии является процесс ╚хищник- жертва╩;. Периодические колебания численности популяции зайцев и питающихся ими рысей, прослеженные компанией по заготовке пушнины ╚Хадсон-Бей╩; в течение 90 лет описываются уравнением Лотки-Вольтерра. Это же уравнение описывает незатухающие концентрационные колебания в химических системах. С точки зрения неравновесной термодинамики, процесс Лотки - Вольтерра интересен тем, что описывает систему как бы бесконечно удаленную от состояния равновесия, но еще не перешедшую в неустойчивое состояние.

Деятельность организмов немыслима без автоволновых процессов, являющихся пространственно- временными структурами [18]. Хорошо известно ╚чувство времени╩; у многих биологических объектов, начиная от простейших и кончая высокорганизованными. Разгадка ╚биологических часов╩; лежит в периодических автоволновых процессах. Говорят, что природа не терпит пустоты, но любит ритм и цикличность.

Ярким примером последовательности бифуркаций и кинетических фазовых переходов является морфогенез [19]. Причем здесь наглядно проявляется самое глубокое, пространственное свойство этих переходов - скачкообразное изменение симметрии системы. Морфогенез - это возникновение тканей, органов и всей структуры организма в процессе его эмбрионального развития. Исходная яйцеклетка в первом приближении имеет форму шара. Эта симметрия сохраняется на стадии бластулы, когда клетки, возникающие в результате деления еще не дифференцированны. Далее сферическая симметрия нарушается и сохраняется лишь аксиальная симметрия. На стадии гаструлы нарушается и эта симметрия - образуется сагитальная плоскость, отделяющая брюшную полость от спинной. Усложнение системы сопровождается понижением ее симметрии. Справедливо выражение ╚порядок есть нарушение симметрии╩;. Хаос в высшей степени симметричен: любая его точка подобна любой другой и все направления равноправны. Появление структуры сразу снижает симметрию.

Нарушения симметрии в ходе развития зародыша возникают спонтанно в результате неустойчивости симметричного состояния. Именно в это время малые изменения управляющих параметров (в данном случае химического состава окружающей среды) очень эффективно действуют на систему (зародыш). Появление в организме матери биологически активного вещества может привести к аномалии в развитии плода. Известным примером является запрещение талидомида, применявшегося как снотворное. У некоторой части принимавших его женщин рождались дети с многочисленными уродствами. Прием лекарства у них совпадал с моментом раскрытия неустойчивости в развитии плода.

При дальнейшем развитии организма происходит формирование структуры личности. Внешними факторами, приводящими к раскрытию неустойчивости в данном случае являются межличностные взаимодействия. В психологии известны многочисленные примеры неадекватной реакции подростков на незначительные события. Насмешка, просто неосторожное слово взрослых или сверстников иногда приводит к катастрофическим последствиям - уходу из дома, суициду. Каждый из читателей может вспомнить в своем прошлом моменты, когда какой-либо пустяк выводил его из равновесия (пользуясь терминологией синергетики - из состояния текущего равновесия).

Вернадский рассматривал жизнь на Земле как процесс имеющий космический источник энергии - Солнце. Причем основную роль в использовании солнечной энергии играют фотосинтезирующие организмы. Теория диссипативных структур выявляет более глубокую роль растительного покрова - обеспечение термодинамических условий существования жизни на планете [20]. Земной шар вместе с живой и неживой природой является открытой, неравновесной системой. От Солнца поступает поток энергии в виде излучения. Существование на Земле упорядоченной структуры в виде биосферы возможно лишь при отводе в космическое пространство большего количества энтропии, чем приходит с солнечным излучением и вырабатывается в биосфере в результате диссипативных процессов. Можно сказать, что самоорганизация поддерживается за счет поглощения отрицательной энтропии. По предложению Бриллюэна отрицательную энтропию стали называть негэнтропией. Негэнтропийный рацион Земли составляет, по оценке Ребане, 10²² кал*град^-1 в год [20]. Поглощая солнечное излучение растительный покров понижает эффективную температуру уходящего излучения, увеличивая поток отводимой энтропии. Это увеличивает энтропию Вселенной, но обеспечивает поддержание стационарного состояния на Земле. В этом проявляется общее свойство жизни как упорядоченной подсистемы - она ускоряет рост энтропии системы в целом, но создает упорядоченность локально. Постоянство негэнтропийного рациона Земли лежит, по-видимому, в основе закона Вернадского о сохранении биомассы на Земле.

Современный взгляд на динамическую систему Земля - Солнце выявил значение солнечной активности. Возникающие флуктуации электромагнитного и корпускулярного излучений Солнца не превышают 10^-3 от его общего потока, поэтому влияние солнечной активности на процессы, происходящие на Земле, раньше полностью отрицалось из-за энергетической малости. Однако сейчас установлено это влияние на самые разнообразные процессы в магнитосфере, верхнем и нижнем слоях атмосферы, гидро- и литосфере Земли. Воздействие происходит из-за сильной неравновесности ряда процессов в космическом пространстве, земной атмосфере и на самой Земле. Неравновесность же характеризуется наличием неустойчивостей. Солнечная активность выступает как спусковой крючок, приводящий к раскрытию этих неустойчивостей.

В настоящее время синергетические методы начинают находить применение в гуманитарных науках - экономике, социологии, психологии, лингвистике и т.д. В качестве конкретного социологического примера можно привести разработку Хакеном стохастической модели формирования общественного мнения, в которой содержится резкий переход между различными состояниями. Появляются попытки синергетического осмысления искусства [21].