Системный синтез

Существо дела можно пояснить на примере концептуальной модели, возникшей вначале в совершенно конкретном контексте. Зададим общий вопрос - почему нам что-то удается описывать и предсказывать? В самом деле, человек "с технической точки зрения" сильно проигрывает ЭВМ, Скорость срабатывания нервных клеток - нейронов - у него в миллион раз меньше, чем у триггеров в персональном компьютере. Информация передается в нервной системе тоже в миллион раз медленнее, чем в вычислительной машине, поскольку связана и с электрическими, и с химическими процессами. Да и "выходные параметры" у человека достаточно скромные. По данным психологов, он может следить не более чем за семью непрерывно меняющимися во времени величинами, эффективно работать не более чем с 5-7 людьми. Вместе с тем многие задачи человек решает гораздо лучше компьютеров. Можно только удивляться тому, что понадобилось почти полвека интенсивного развития вычислительной техники, чтобы машины начали уверенно обыгрывать людей в шахматы.

Это означает, что наше мышление, восприятие, способность предвидеть опираются на иные, "некомпьютерные" алгоритмы. В отношении их была высказана следующая гипотеза. Рассмотрим фазовое пространство, в котором лежат переменные, описывающие нашу реальность. Оно очень велико, и принять во внимание все переменные в нем человек не в силах. Но, очевидно, есть ситуации, области в фазовом пространстве, где, для того чтобы понимать и предсказывать происходящее, достаточно несколько параметров. Другими словами, иногда существуют проекции на подпространство меньшего числа переменных, которые адекватно отражают происходящее во всем огромном пространстве переменных. Эти подпространства были названы руслами.

Размерность русла (то есть число переменных в этой проекции реальности) невелико. Психологи говорят о семи переменных, но наш читатель знает, что вообразить себе нетривиальный четырехмерный объект уже непросто.

И если у нас для описания реальности есть подходящее русло, то тут можно строить достаточно простые и эффективные теории, понимать происходящее, просчитывать варианты, находить эффективные поведенческие стратегии. В синергетике эти наиболее важные переменные, характеризующие русло, называют параметрами порядка.

Синергетика решила множество задач, в которых понято, каковы эти параметры для различных физических, химических или биологических систем, как искать связи между этими параметрами, как "на пальцах" пояснить происходящее, не выписывая каких-либо уравнений. Как ищут русла живые системы, как научить этому нейронные сети - это, на наш взгляд, фундаментальная задача нейронауки. (Нейронаукой все чаще называют междисциплинарный подход, родившийся на стыке когнитивной психологии, нейробиологии, вычислительной математики, теории рефлексивного управления, нейрофизиологии, других дисциплин, направленный на выявление механизмов работы мозга, моделирование элементов мышления, объяснение феномена сознания.)

Другими словами, там, где дело касается русел, сложные системы удается описывать просто. И тут синергетика имеет и методы, и подходы, и успехи, и образцы для подражания.

Но реальность может быть устроена и более сложно, с чем мы регулярно сталкиваемся. Русло кончается (определить когда это происходит - отдельная важная задача), и число переменных, которые определяют ход процесса, быстро растет, горизонт прогноза уменьшается, мы не можем "просчитать ситуацию", появляется возможность резких изменений.

Такие области в фазовом пространстве были названы областями джокеров, а сами правила, по которым начинает вести себя система, - джокерами. Название связано с игральной картой - джокером, которая, в зависимости от желания играющего, может стать любой другой картой. Наличие джокера в колоде намного увеличивает неопределенность и усложняет ситуацию.

В задачах, построенных на материале естественных наук, джокеры могут быть связаны с тем, что в этой области фазового пространства определяющими становятся "быстрые переменные", в то время как русла определялись медленными. Джокер может быть связан с точкой бифуркации, когда малые флуктуации, случайный шум могут определить ход процесса. Области джокера удобно выделять, рассматривая некоторые типы перемежаемости (например "переключательная перемежаемость" on-off intermittency, для которой С.В. Ершовым была построена замечательная модель в связи с описанием жесткой турбулентности). Одним словом, в моделях естествознания есть много места для джокеров. При этом нам приходится, как правило, менять тип описания - то прибегать к вероятностному языку, то строить асимптотики, существенно отличающиеся от тех, что характерны для русел, то каким-то способом учитывать влияние других уровней организации материи.

Другое по теме

Ньютон и методология естествознания
Научная революция восемнадцатого века привела к возникновению естествознания как специфического феномена духовной культуры. Начавшись с работ Коперника, Галилея и Декарта, она получила свое относительное завершение в творчестве Исаака Ньютона и, конечно, прежде всего в его знаменитых "Математических началах натура ...

Метод стандартной добавки и метод Грана.
Перед тем, как излагать индивидуальные особенности той или иной разновидности метода добавок, опишем в нескольких словах процедуру анализа. Процедура состоит в том, что в анализируемую пробу делается добавка раствора, содержащего тот же анализируемый ион. Например, для определения содержания ионов натрия делаются добавки станд ...