СИНЕРГЕ́ТИКА

СИНЕРГЕ́ТИКА (от греч. συνεργία  – со­труд­ни­че­ст­во, совместное дей­ст­вие, со­гла­со­ван­ность), меж­дис­ци­п­ли­нар­ное на­уч. на­прав­ле­ние, изу­чаю­щее об­щие за­ко­но­мер­но­сти и прин­ци­пы, ле­жа­щие в ос­но­ве про­цес­сов са­мо­ор­га­ни­за­ции в не­рав­но­вес­ных сис­те­мах разл. при­ро­ды (фи­зич., хи­мич., био­ло­гич., эко­но­мич., со­ци­аль­ных и др.). Тер­мин «С.» пред­ло­жен Р. Б. Фул­ле­ром в 1940–50-х гг. Ч. Шер­ринг­тон «си­нер­ге­ти­че­ским» на­зы­вал со­гла­со­ван­ное воз­дей­ст­вие спин­но­го моз­га на ра­бо­ту сги­баю­щих и раз­ги­баю­щих мышц. Ма­те­ма­тик И. За­бус­кий (1967) под си­нер­ге­тич. под­хо­дом к не­ли­ней­ным ма­те­ма­тич. и фи­зич. за­да­чам по­ни­мал со­вме­ст­ное ис­поль­зо­ва­ние обыч­ных ана­ли­тич. ме­то­дов ана­ли­за и чис­лен­ной ком­пь­ю­тер­ной ма­те­ма­ти­ки. Близ­кое к совр. по­ни­ма­нию оп­ре­де­ле­ние тер­ми­на «С.» дал нем. учё­ный Г. Ха­кен в 1969.

С. ис­сле­ду­ет слож­ные сис­те­мы, со­стоя­щие из оди­на­ко­вых или раз­но­род­ных под­сис­тем, взаи­мо­дей­ст­вую­щих ме­ж­ду со­бой не­ли­ней­но, что мо­жет при­во­дить к воз­ник­но­ве­нию по­ряд­ка в та­ких сис­те­мах. В от­кры­тых сис­те­мах про­ис­хо­дит са­мо­ор­га­ни­за­ция, воз­ни­ка­ют про­стран­ст­вен­ные, вре­мен­ны́е, про­стран­ст­вен­но-вре­мен­ны́е и функ­цио­наль­ные струк­ту­ры (упо­ря­до­чен­ные или хао­ти­че­ские).

Ре­гу­ляр­ное са­мо­про­из­воль­ное по­ве­де­ние слож­ной сис­те­мы воз­ни­ка­ет в ре­зуль­та­те раз­ви­тия в ней к.-л. не­ус­той­чи­во­сти, а про­цесс упо­ря­до­че­ния (об­ра­зо­ва­ния струк­тур) свя­зан с кол­лек­тив­ным по­ве­де­ни­ем об­ра­зую­щих её под­сис­тем. По­это­му С. час­то на­зы­ва­ют тео­ри­ей са­мо­ор­га­ни­за­ции, мо­де­ли ко­то­рой яв­ля­ют­ся мо­де­ля­ми не­ли­ней­ных не­рав­но­вес­ных сис­тем, под­вер­жен­ных флук­туа­ци­ям. Г. Ха­кен к осн. по­ня­ти­ям С. от­но­сил па­ра­мет­ры со­стоя­ния, со­во­куп­ность зна­че­ний ко­то­рых од­но­знач­но оп­ре­де­ля­ет со­стоя­ние сис­те­мы, и па­ра­мет­ры по­ряд­ка (управ­ляю­щие па­ра­мет­ры), из­ме­не­ние ко­то­рых по­зво­ля­ет из­ме­нять со­стоя­ние сис­те­мы (управ­лять со­стоя­ни­ем).

В С. по­ня­тие «па­ра­метр по­ряд­ка» иг­ра­ет важ­ную роль, имен­но он управ­ля­ет со­стоя­ни­ем сис­те­мы. Напр., управ­ляю­щим па­ра­мет­ром для жид­ко­сти, по­дог­ре­вае­мой сни­зу, яв­ля­ет­ся раз­ность тем­пе­ра­тур ме­ж­ду тё­п­лым ниж­ним сло­ем и хо­лод­ным верх­ним. При раз­но­сти тем­пе­ра­тур вы­ше не­ко­то­ро­го (кри­ти­че­ско­го) зна­че­ния мо­ле­ку­ляр­ный те­п­ло­об­мен в жид­ко­сти ме­ня­ет­ся на кон­век­тив­ный и на по­верх­но­сти по­яв­ля­ют­ся пра­виль­ные шес­ти­уголь­ные струк­ту­ры – ячей­ки Бе­на­ра. Управ­ляю­щих па­ра­мет­ров обыч­но зна­чи­тель­но мень­ше, чем па­ра­мет­ров со­стоя­ния. Вбли­зи то­чек по­те­ри ус­той­чи­во­сти па­ра­мет­ры со­стоя­ния мож­но рас­смат­ри­вать как функ­ции па­ра­мет­ра по­ряд­ка, что в С. на­зы­ва­ет­ся прин­ци­пом под­чи­не­ния. При пе­ре­хо­де от па­ра­мет­ров со­стоя­ния к па­ра­мет­рам по­ряд­ка ин­фор­ма­ция о сис­те­ме сжи­ма­ет­ся (умень­ша­ет­ся).

Бельг. на­уч. шко­ла И. Р. При­го­жи­на раз­ви­ла тер­мо­ди­на­мич. под­ход к са­мо­ор­га­ни­за­ции в не­рав­но­вес­ных сис­те­мах. Этот под­ход от­ка­зы­ва­ет­ся от осн. по­ня­тия Г. Ха­ке­на в С. – по­ня­тия струк­ту­ры как со­стоя­ния, воз­ни­каю­ще­го в ре­зуль­та­те коо­пе­ра­тив­но­го по­ве­де­ния боль­шо­го чис­ла взаи­мо­дей­ст­вую­щих эле­мен­тов, и за­ме­ня­ет его бо­лее спец. по­ня­ти­ем дис­си­па­тив­ной струк­ту­ры. Та­кие струк­ту­ры воз­ни­ка­ют в от­кры­тых сис­те­мах, ко­гда од­но­род­ное со­стоя­ние рав­но­ве­сия те­ря­ет ус­той­чи­вость и не­об­ра­ти­мо пе­ре­хо­дит в не­од­но­род­ное ста­цио­нар­ное со­стоя­ние, ус­той­чи­вое от­но­си­тель­но ма­лых воз­му­ще­ний. Важ­ным по­ня­ти­ем при та­ком под­хо­де яв­ля­ет­ся стре­ла вре­ме­ни – од­но­на­прав­лен­ность вре­ме­ни – воз­мож­ность раз­ли­чать про­шлое и бу­ду­щее. Этот тер­мин пред­ло­жен в 1928 А. Эд­динг­то­ном; разл. ас­пек­ты стре­лы вре­ме­ни (фи­зи­че­ские и фи­ло­соф­ские) изу­че­ны При­го­жи­ным с со­труд­ни­ка­ми.

Ос­но­ван­ная Л. И. Ман­дель­шта­мом на­уч. шко­ла, изу­чаю­щая ко­ле­ба­ния и вол­ны, рас­смат­ри­ва­ет об­щую тео­рию струк­тур в не­рав­но­вес­ных сре­дах как часть совр. не­ли­ней­ной тео­рии ко­ле­ба­ний и волн.

Раз­ви­ва­ет­ся свое­об­раз­ный под­ход к изу­че­нию струк­тур (С. П. Кур­дю­мов с со­труд­ни­ка­ми), при ко­то­ром ис­сле­ду­ет­ся влия­ние из­ме­не­ния про­стран­ст­вен­ной кон­фи­гу­ра­ции, то­по­ло­гии на­чаль­но­го воз­дей­ст­вия на од­ну и ту же сре­ду, что при­во­дит к по­яв­ле­нию в ней раз­ных струк­тур. При изу­че­нии т. н. ре­жи­мов с обо­ст­ре­ни­ем – ре­жи­мов сверх­бы­ст­рого на­рас­та­ния про­цес­сов в от­кры­тых не­ли­ней­ных сре­дах – так­же об­на­ру­же­но воз­ник­но­ве­ние не­ста­цио­нар­ных дис­си­па­тив­ных струк­тур.

С. час­то на­зы­ва­ют тео­ри­ей слож­но­сти, по­ни­мая тер­мин «слож­ность» как слож­ность сис­те­мы, со­стоя­щей из боль­шо­го чис­ла не­три­ви­аль­но свя­зан­ных под­сис­тем, и как слож­ное не­три­ви­аль­ное по­ве­де­ние сис­те­мы, не­за­ви­си­мое от её уст­рой­ст­ва (Г. Г. Ма­ли­нец­кий, А. Б. По­та­пов).

К С. от­но­сят так­же ис­сле­до­ва­ния ди­на­ми­че­ско­го хао­са с его тон­кой фрак­таль­ной струк­ту­рой, ка­та­ст­роф тео­рию, кле­точ­ные ав­то­ма­ты, тео­рию ней­рон­ных се­тей. Но­вые идеи в С. да­ют не толь­ко ес­теств. нау­ки, но и тео­рия рис­ков, пси­хо­ло­гия, эко­но­ми­ка, нау­ки об об­ще­ст­ве и др. об­лас­ти зна­ния, свя­зан­ные с ана­ли­зом слож­ных сис­тем. Скла­ды­ва­ет­ся всё боль­ше до­во­дов в поль­зу то­го, что С. как меж­дис­ци­п­ли­нар­ное на­уч. на­прав­ле­ние – это совр. тео­рия ко­ле­ба­ний и волн с её клю­че­вы­ми по­нятия­ми: не­ус­той­чи­вые, не­ли­ней­ные, хао­тич. ко­ле­ба­ния и вол­ны; струк­ту­ры (в т. ч. ав­то­вол­ны).