Порядок из хаоса

Порядок из хаоса

Мы живем в постоянно меняющемся мире. Вот несколько самых примитивных примеров. Взгляните за окно: падает снег, ветер вздымает снежинки, закручивает их, швыряет в стекла. Но стихает ветер, и снежинки плавно опускаются на землю по прямой линии. Наступает оттепель, идет дождь. И капли так же то падают прямо, то мечутся на воздушных струях. Да и сами мы - то сидим, то ходим, то работаем, то танцуем. А теперь представьте, что было бы, если бы мир вокруг нас, да и мы сами не менялись. Да ничего бы не было - ни нас, ни мира. По физическому определению и мы, и мир - нелинейные системы. Иначе говоря, находящиеся в состоянии хаоса.

Рассматривая все аспекты бытия в едином комплексе, ученые пришли к парадоксальному выводу: для жизни хаос необходим больше, чем порядок.

В движеньи счастие мое, в непостоянстве - жизнь

Впрочем, есть ли здесь парадокс? К такому выводу мыслители пришли еще тысячи лет назад. Так, старик Платон утверждал, что бытие состоит из трех сущностей. Первая - движущая неподвижное. Вторая - самодвижущаяся. И третья - подлежащая движению. Иначе говоря, бытие только тогда имеет место, когда имеет место движение в широком смысле этого слова. Но ведь любое изменение - это неустойчивость, неопределенность, кончающаяся не всегда прогнозируемым результатом.

В бытовом аспекте хаос - явление отрицательное. Наука не столь категорична. Яркий пример тому - теория тепловой смерти, выдвинутая в середине прошлого столетия немецким ученым Клаузиусом. Он утверждал, что когда-нибудь звезды отдадут все свое тепло в окружающее пространство и погаснут. Трудно представить себе больший хаос, чем бушующие звезды, где мечутся потоки раскаленных газов. Но это хаотичное движение обеспечивает жизнь. И наоборот, порядок - смерть.

Конечно, Клаузиус не пытался связать хаос с другими явлениями в нашем многообразном мире. Это сделал наш современник, русский ученый, живущий в Бельгии, Илья Пригожин, основавший новую науку - синергетику. И получивший за это Нобелевскую премию. Одна из сильнейших российских школ синергетики (у нас ее чаще называют нелинейной динамикой) создана в Саратовском государственном университете.

- Собственно, синергетика - это не новая наука, а новое междисциплинарное направление, - поясняет ректор университета профессор Дмитрий Трубецков. - Давно известно, что самые выдающиеся достижения сделаны на стыке наук. Синергетика же объединяет не пограничные, а внутренние области разных ветвей науки. Появление ее продиктовано, что называется, самой жизнью: наука сегодня раздробилась на отдельные, самостоятельные отрасли, потерявшие зачастую все связи между собой. А их необходимо восстановить, чтобы понимать мир во всем его многообразии. Это и делает синергетика.

Итак, в основе всего лежит хаос, которым необходимо управлять, чтобы получить нужный результат. Конечно, эти смелые мысли Трубецкова и его единомышленников можно считать лишь одной из версий существования всего живого. Или, пожав плечами, отнестись к этому как к очередной интересной гипотезе. Но сегодня с синергетикой считаются во всем мире. Эта наука из области громоздких формул выплескивается на улицу, врывается в политику и экономику, социологию и медицину. Ее привлекательность - в сложности и простоте, в универсальности и даже революционности. Хотя многие из высказываемых синергетиками мыслей стары как мир.

Схема бытия - от каббалы и кибернетики

Стоило ученым взглянуть на историю глазами нелинейной динамики, как обнаружились нити, протянувшиеся из седой древности в настоящее. Так, синергетики обнаружили основы гидродинамики аж в цивилизации Двуречья. Прекрасные скульптуры красноречиво украшены витками и спиралями, в которых некоторые ученые усмотрели "изображение процесса турбуленизации ламинарного потока", которому могут позавидовать корпевшие над графиками исследователи дискретных вихрей. Еще один пример: специалисту, рассматривающему схемы каббалистической космогонии с "осовремененным" изображением дерева Сефирот, приведенные в трудах английских философов XVII века, будет весьма нелегко определить их отличие от схематической цепи нейронов, которой иллюстрировал свою книгу профессор кибернетики Уорвик, о котором наша газета неоднократно рассказывала. Иллюстрации кибернетика помогают читателям понять принцип построения искусственного интеллекта, а дерево Сефирот на протяжении многих веков считалось иудеями схемой, отображающей структуру бытия. То есть все придумано было до нас с вами. Другое дело, что из столетия в столетие наука все меньше оглядывалась на старину. Снобизм ученых напрочь отвергал все знания наших предков, скрытых в религии, поверьях, эпосе и традициях. Особенно сильно это проявилось в XIX веке, когда вспыхнул небывалый пиетет к науке, которую именовали не иначе как всесильной. Наиболее яркий пример этого - диалог Наполеона с Лапласом. Прочитав "Трактат о небесной механике" великого астронома, император спросил, почему в книге он не упомянул Бога. В ответ ученый усмехнулся: "Сир, я просто не нуждаюсь в этой гипотезе".

Нынешние ученые не столь самонадеянны. Теперь они уважительно относятся к древним коллегам, редко проводившим грань между наукой, религией и искусством. Как провозгласили розенкрейцеры, чей орден то ли существовал, то ли был придуман в книгах: "Из единого все во всем". Объединить в общую картину мира отрывочные знания и стремятся современные исследователи, в том числе и из Саратовского университета.

Первоначальное значение слова "хаос" - "первородная вода". В ряде мировых религий так и утверждается, что Бог создал все сущее из этой воды, из хаоса, упорядочив его. В противовес им многие древние философские, научные и религиозные школы определяли зарождение жизни как ошибку во время эксперимента, проводившегося высшими божественными существами. Тогда "первоначальная огненная вода" протекла в низшие сферы, где и началось зарождение нынешнего мира. В Библии проще: "и был хаос, и была тьма кромешная". При этом Бог признавался древними мудрецами как великий и идеальный Порядок. Интересно, что в наши дни практически теми же терминами оперируют ученые-синергетики, далекие от теологии. Понятия хаоса и порядка необходимы в медицине и гидродинамике, математике и химии, экономике и социологии.

Все в норме? Значит, что-то не так!

А вот вопрос, который задали себе в том числе и саратовские ученые, весьма неожидан: если хаос сменился порядком, то насколько важен этот порядок (или устойчивость) и какова роль хаоса (или колебаний, неустойчивости, нелинейности)? Вывод тянет на сенсацию: для нормальной жизни хаос необходим, порядок нередко приводит к смерти.

Одним из толчков к созданию синергетики как научного направления стала монография американца Лоренца, который в 1963 году доказал, что предсказывать погоду на длительное время невозможно, так как атмосфера относится к неустойчивой, хаотической системе, поведение которой нельзя прогнозировать на большой отрезок времени. Метеорологи получили своеобразную индульгенцию на ошибки в прогнозе погоды, а ученые увидели огромное поле деятельности в расшифровке особенностей нелинейной динамики.

- Так называемая синергетика оказывается на поверку одной из древнейших наук, - говорит профессор Трубецков. - Ведь она изучает колебания и волны, из которых состоит окружающий нас мир. Судите сами, наше поведение меняется в зависимости от обстоятельств: бьется сердце, колеблется маятник, звучит по радио музыка, течет река и так далее - все имеет непосредственное отношение к синергетике. Все это укладывается в создаваемую ею новую картину мира, где главными составляющими признаны колебания и волны, неустойчивость и нелинейность, хаос и структуры. Самое приоритетное значение нелинейная динамика занимает сегодня в математике и физике, хотя и философы серьезно развивают синергетическую теорию бытия. Колебательные процессы (вниз-вверх, вперед-назад) видны в политике, экономике, биологии, механике, а значит, именно здесь важно развивать синергетические принципы. Дело в том, что именно из хаоса рождается порядок, более того, в самом детерминированном хаосе есть порядок. И, может быть, это звучит странно, но существуют сценарии развития хаоса. Подобные сценарии мы находим буквально везде, в том числе в экономике и в биологических системах. Вот, скажем, рыночная экономика. На начальном этапе она представляет собой систему детерминированного хаоса. Но постепенно в хаосе рождаются устойчивые структуры, потому что хаос всегда связывает их с самоорганизацией, именно об этом писал Пригожин. Существует целая наука об управлении этими структурами, а фактически об управлении хаосом.

То же самое в биологии. Скажем, нейроны головного мозга ведут себя в разных случаях по-разному. Когда человек спит, нейроны находятся в состоянии детерминированного хаоса. Пока трудно предугадать, какие возможности это открытие даст медикам для лечения болезней, в том числе, вероятно, и душевных. Но, несомненно, практические выводы из этого можно сделать.

По мнению Дмитрия Ивановича, значение синергетики для медицины можно считать просто сенсационным. Так, сначала американцы, а затем и наши ученые провели мониторинг кардиограмм здорового человека, где так называемые фазовые портреты фиксируют изменения расстояний между Р-зубцами кардиограммы. Так вот, процесс работы здорового сердца оказался хаотичным. И по законам нелинейной динамики выстроилось абсолютно новое понимание того, что же такое здоровый человек. Оказалось, что строго одинаковое расстояние между Р-зубцами соответствует клинической смерти. У здорового человека оно должно чуть-чуть не совпадать. В специальной печати появилась даже статья под таким, насколько помнится нашему собеседнику, названием: "Внезапная остановка сердца - это переход от фрактальной, хаотической, нормальной динамики сердца к патологии строгой периодичности".

От кардиологии обратились к сахарному диабету. Выяснили, что у здорового человека содержание сахара тоже меняется, лишь у диабетчиков оно строго определенно. То же относится и к содержанию кровяных телец, которое постоянно лишь при патологии. Главный вопрос, который подняли синергетики: а правильно ли мы лечим? Нужен ли человеку для здоровья постоянный ритм сердца, неизменный состав крови, всегда хорошее настроение или все это патология? Думается, далеко не все медики, а тем более фармацевты, добивающиеся того, чтобы у нас "все было в норме", готовы признать это.

Трубецков продолжает дальше:

- Если бы наш мир был неустойчив, мы не смогли бы в нем жить. Необходимо, чтобы неустойчивость что-то ограничивало. Нас выручает нелинейность систем - биологических, физических, экономических, философских, когда система чутко отзывается на сигналы извне. Это и есть нелинейность. Любой сигнал - это какой-то сдвиг в системе, новое состояние. Новый детерминированный хаос, если хотите, развивается по определенному сценарию, которым надо научиться управлять.

Научиться управлять хаосом. Эта задача в нынешнем столетии получит не только научное значение.

Альберт Валентинов,Юлия Малахова

На грани невозможного 21(300)