Познание сложных систем и физика

Развитие физического познания охватывает все новые области действительности. Разумеется, этот процесс не лишен многочисленных проблемных аспектов. Не счесть трудных бастионов на пути прогрессирующей физики. В этой связи все чаще обсуждается специальная тема, физика сложных систем. При этом широко используется понятие системы. Как показала В. Н. Волкова, определение понятия системы прошло достаточно сложную эволюцию^[1]. Традиционное определение системы включало указание только на элементы и их связи (отношения). Затем в определение системы стали включать ссылки на цели и наблюдателя. В традиционном понимании системы она характеризуется безотносительно к преференциям исследователя. Теперь же система чаще понимается как концептуальный проект исследователя по изучению, конструированию и управлению взаимосвязанными комплексами объектов. Решающее значение приобретает выработка критериев и целей исследования и принятие в этой связи определенных решений.

С системами имеют дело все науки, но при этом в каждой из них решаются специфические задачи. Доля физики в указанном процессе довольно значительна. Ученым известно, что истоками нашей Вселенной являлись физические процессы, именно они составили фундамент многочисленных будущих превращений. Естественно, научное сообщество ожидает от физиков значительного свода сведений, призванных если не обеспечить, то, по крайней мере, облегчить познание систем с их неожиданными и порой весьма причудливыми свойствами. Но, разумеется, физика не всесильна, у нее есть границы, на пороге которых она вынуждена передать эстафетную палочку познания другим отраслям наук, в частности химии, геологии, биологии, социологии, экономике. Итак, каковы же успехи и затруднения физики в познании сложных систем? Каковы основания отличать сложные системы от простых комплексов? Какая именно система признается сложной?

При интерпретации понятия «сложная система» часто используется незамысловатый ход мысли. Сложная система состоит из многих, как правило, мириад элементов, а простая — из немногих компонентов. Такое представление является довольно безыскусным. Оно никак не учитывает концептуальную структуру познания. Отдельная элементарная частица, обладающая многочисленными проявлениями, вполне может быть признана сложной системой, хотя, на первый взгляд, она вроде бы существует в единственном числе. Прежде чем рассуждать о сложных системах, следует определиться относительно понятия сложности.

Степень сложности определяется не перечислением некоторых элементов, а наличием или отсутствием определенных понятий. Квантово-полевая система сложнее квантово-механической постольку, поскольку для ее воспроизведения необходимо использование понятие квантора порождения частиц. Квантовая механика обходится без этого понятия, следовательно, она является менее сложной. Физические системы отличаются по степени сложности, которая всякий раз задается набором определенных понятий. Такими понятиями, характеризующими степень сложности физических теорий и, следовательно, также их объектов, предметных систем, являются, в частности, для классической механики — понятие силы, для релятивистской механики — понятие предельной скорости передачи взаимодействий, для квантовой механики — понятие волновой функции, для квантовой теории поля — понятие операторно-значимой функции, для статистической физики — понятие статистического ансамбля.

Актуальное определение

Познавательный концепт «сложность» не следует подменять понятием «неясности». Физические теории становятся все более сложностными, но и понятными (ясными). Чем менее сложность физической теории, тем она более непонятна.

Студентам первого курса классическая механика кажется более понятной, чем квантовая механика, которая представляется им средоточием труднопостижимых истин. Профессор же физики интерпретирует содержание классической физики на основе квантовой механики. Для него, руководствующегося принципом актуальности зрелого знания, классическая механика не является бастионом простоты. Таким образом, следует различать сложностные и сложные системы. Сложностная система характеризуется определенной степенью сложности. Сложная система — это система, которая в силу ее недостаточной изученности трудно поддается концептуальному пониманию, или, выразимся несколько вольно, вызывает у ученых головную боль.

Ученые целенаправленно осваивают все новые типы физической сложности, в частности, связанные с понятиями нелинейных уравнений (А. Пуанкаре), катастроф^[2] (Р. Том, В. И. Арнольд), фракталов^[3] (Б. Мандельброт), самоорганизации (Г. Хакен) и диссипативных структур (И. П. Пригожин)^[4]. Все эти понятия характерны для так называемой синергетической сложности, которая кардинально отличается от, например, классической статистической сложности, рассмотренной в данном параграфе.

Исследователи, стремящиеся выработать методы понимания сложных систем, как правило, обращаются к системному методу. Для него характерны два подхода: атомарный и структурный^[5]. При этом часто чрезмерно большие надежды возлагаются на атомарный подход, а именно стремятся вывести интегративно-системные характеристики из признаков элементов систем. На первый взгляд, за интегративно-системные характеристики ответственны именно элементы системы, участвующие в том или ином типе взаимодействий. Увы, в науке нет очевидностей, здесь все ставится под огонь критики и, в конечном счете, утверждается лишь то, что непосредственно отвечает ее содержанию. В этой связи неожиданно обнаруживается, что абсолютизация атомарного подхода неправомерна. Приведем на этот счет соответствующую аргументацию.

?. Н. Моисеев, прекрасный мыслитель и знаток вычислительного эксперимента, сделал попытку, используя соответствующие математические модели, реализовать программу атомарного подхода. Но даже ему это не удалось^[6]. Он полагал, что не учел должным образом некоторые факторы, в частности неопределенность и случайность.

Позиция автора иная. Имея в виду многочисленные неудачные попытки выведения интегративно-системных характеристик, автор выдвинул следующую гипотезу^[7]. Следует различать понятия «внутри» и «вне» системы. Интегративные признаки имеют место лишь «вне» системы, «внутри» системы они отсутствуют. Признаки элементов и частей системы дают о себе знать только «внутри» системы, во «вне» они отсутствуют. Необычность ситуации состоит в том, что констатируется связь внутренних и внешних признаков системы. Так, если бы не было внутренних признаков, то не было бы внешних. Но вывести внешние характеристики из внутренних невозможно. Связь есть, выведение невозможно. Следует различать два способа анализа систем, «внутри» и «вне». Именно это обстоятельство не учитывают авторы, которые из физики хотят вывести все другие науки. Пока это никому не удалось. Разумеется, можно продолжать критикуемые автором попытки настойчиво утвердить физикализм, но автор полагает, что они как и прежде закончатся неудачами.

Сложность является характерной чертой не только физических, но и всех других теорий, в частности социальных и экономических. К сожалению, многие авторы забывают о концептуальном характере сложности. Они склонны без специального обращения к теории нагромождать причудливые характеристики сложных систем, в частности такие как многозвенность систем, большое число параметров управления, отсутствие чувствительности к внешним условиям или же, наоборот, мгновенная реакция на них, уникальность, причудливость (контринтуитивность)^[8] и т. д.

По мнению автора, характеристика сложных систем без обращения к концептуальному содержанию понятия сложности непродуктивна. В физике актуальная задача состоит в наращивании усилий по развитию физического понятия сложности. Новые методы познания сложных систем не упадут с потолка. Они явятся как дальнейшее развитие тех методов, которые характерны для наиболее развитых современных физических теорий.

Выводы

• 1. Физические системы отличаются по степени сложности, которая всякий раз задается набором определенных понятий.
• 2. Сложная система — это система, которая в силу ее недостаточной изученности пока не поддается концептуальному пониманию.
• 3. Чем менее сложна физическая теория, тем она более непонятна.

• [1] Волкова В. Н. Система // Системный анализ и принятие решений. Словарь-справочник: учебное пособие для вузов / под ред. В. Н. Волковой, В. И. Козлова. М.: Высшая школа, 2004. С. 419−422.
• [2] В данном случае под катастрофами понимаются скачкообразные изменения, возникающие в форме внезапного ответа системы на изменения внешних условий.
• [3] В простейшем случае под фракталом понимается фигура, составленная из частей, каждая из которых подобна всей фигуре в целом. Фракталы часто характерны для турбулентных движений потоков жидкостей.
• [4] Читатель имеет возможность детально ознакомиться с понятиями самоорганизации и диссипативных структур, равно как и с синергетикой в параграфе 13.10.
• [5] См. параграф 6.2.
• [6] Моисеев Η. Н. Проблема возникновения системных свойств // Вопросы философии. 1992. № 11. С. 28−31.
• [7] Качке В. А. Общая философия науки. М.: Омега-Л, 2009. С. 166−167.
• [8] Фостер Дж. Динамика развития города. М.: Прогресс, 1974. С. 118−125.