Бифуркации и их роль в эволюции открытых неравновесных систем.

Самоорганизация выступает как источник эволюции систем, так как она служит началом процесса возникновения качественно новых и более сложных структур в развитии системы. Образование упорядоченных структур происходит в открытых системах при достижении определенного порогового значения в далеком от равновесия состоянии. На микроуровне при самоорганизации происходит процесс расширения или увеличения флуктуаций вследствие увеличения неравновесности системы под воздействием среды. Переход скачком в новое состояние с потерей линейности законов называют бифуркацией. Этот процесс остается незаметным на макроуровне, пока изменения не достигнут некоторой критической точки, после которой спонтанно возникает новый порядок или структура.

Если внешние воздействия или внутренние динамичные факторы, оказывающие влияние на эволюцию сложной системы, достигают критические величины, может возникнуть бифуркация (первоначально этот термин означал «раздвоение»: от лат. bi — двойной, furca — развилка), т.е. уход системы из равновесного состояния аттрактора. «Процесс возникновения бифуркаций, — пишет Э. Ласло, — делает эволюцию неравновесных систем скачкообразной и нелинейной. И вследствие этого бифуркация полна неожиданностей... Исход бифуркации определяется не предысторией системы, не окружающей ее средой, а только взаимодействием более или менее случайных флуктуаций в хаосе критически дестабилизированных систем». Фундаментальная роль случайностей в зоне бифуркации — еще одна отличительная черта динамики самоорганизующихся систем.

Возникнув в русле развития естественно-научных дисциплин, С. оказалась плодотворной при исследовании также и социальных проблем. Если представить аттракторы как состояния, имеющие конус притяжения, то внутри этих конусов грядущий ход событий начнет оказывать решающее воздействие на настоящее. Это заманчивая возможность для стабилизации социальных процессов: настоящее определяется не прошлым, как в случае линейных систем, а будущим.

С. может оказаться полезной также и при исследовании социальных кризисов и катастроф. Здесь плодотворна теория бифуркаций и концепция параметров порядка, которая может быть использована для снижения риска выхода на тупиковые эволюционные сценарии.

Многопараметрический характер моделирования сложных систем в сочетании с концепцией параметров порядка позволяет решить еще одну непростую проблему описания социальной эволюции — снятие традиционных дихотомий природа — общество, материальные и духовные факторы эволюции, биосфера — техносфера и др. С. открывает, таким образом, рациональные способы экономии и ускорения эволюции. Если невозможно однозначно предсказать путь развития, то, выбрав оптимальную цель и определив ценностные критерии, можно наметить рациональные средства ее достижения.

Отличительные свойства нелинейной науки, составляющей главное содержание С., позволяют рассматривать ее как основу нового фундаментального направления философии — философии нестабильности. Оценивая перспективу этого нового направления, И. Пригожин пишет: «Является ли наша эпоха началом новой эры? Мы все слишком глубоко вовлечены в трудный процесс преобразований планетарного масштаба, чтобы иметь возможность вынести надежное суждение о текущих событиях и, тем не менее, возможно, грядущие поколения будут рассматривать наше время как начало великого века бифуркации. Я надеюсь, что именно так и произойдет».

ПРО БИФУРКАЦИИ ПРОСТЫМ ЯЗЫКОМ

Итак, все вы наверняка слышали проблему буриданова осла. Осел стоит возле двух совершенно одинаковых кучек сена на совершенно одинаковом расстоянии от осла справа и слева. Вопрос: как осел может выбрать одну из них? Ответ упомянутого Буридана был что осел помрет с голоду.

Теперь давайте взглянем на эту картинку в воображении. Вот осел. Вот сено. Осел не в силах выбрать кучку и утомленный интеллектуальным усилием задремал. Одиночный фотон прорвался сквозь полуприкрытое ослиное веко и влетел с колбочку на сетчатке ослиного глаза, возбудив зрительный нерв. Нерв передал сигнал нейрону в ослином мозгу, и ослу приснился восхитительный (или ужасный, не имеет значения) сон, заставивший осла развернуться во сне. Когда осел проснулся, кучки уже оказались на разном расстоянии и вообще он видел перед мордой только одну, которую он и сьел. Вероятно, что потом он развернулся и сьел другую, но для нашего разговора это не имеет значения. А имеет значение то, что совершенно микроскопическое явление (в этом примере – на квантовом уровне, единичный фотон) в данной ситуации привело к изменению макромира – определило какая кучка сена сьедена первой.

Вот это и есть точка бифуркации. Точка бифуркации это состояние системы, когда очень маленькое воздействие приводит к глобальным изменениям. В духе, «взмах крыла бабочки привел к урагану в Калифорнии». Кстати, «эффект бабочки» - это как раз о точках бифуркации.

Осел между двумя равными кучками сена – это точка бифуркации. Витязь на распутье – это точка бифуркации. Ромул и Рем, всматривающиеся в небо в ожидании знака, на каком холме строить город – это точка бифуркации. Космический аппарат, летящий ровно в центре гравитации между Землей и Луной и не имеющий достаточно скорости, чтоб уйти от обеих, находится в точке бифуркации. Он станет или спутником Земли, или спутником Луны. Какой из них зависит от микроскопических воздействий вроде солнечного ветра или ударившего в спутник микрометеорита.

Точки бифуркации есть не только в природе. Их полно, например, в экономике и политике. На фондовом или валютном рынке уровни поддержки или сопротивления являются точками бифуркации. Ценная бумага или валюта, достигшии их, сорвутся вниз или пойдут наверх в зависимости от очень незначительных факторов. Доверие потребителей очень часто проходит точки бифуркации, в которых одного хорошего или плохого известия достаточно, чтобы сохранить статус кво или привести к исходу к конкуренту в библейских пропорциях. Август 91-го был точкой бифуркации для СССР, в которую, надо признать, его постарались загнать в течении нескольких лет начиная с 1985-го. Выборы президента в США в 2000-м были точкой бифуркации. Не возьмись Верховный Суд голосовать за американцев, мы бы жили сейчас в сильно другом мире.

Есть ситуации, когда точки бифуркации обильны и часты. Например, в потоках газов и жидкостей. Именно поэтому мы до сих пор не умеем предсказывать погоду. Скажем, шторм решительно надвигается на берег, а потом вдруг сворачивает на 90 градусов и уходит в океан, почему? Бабочка взмахнула крыльями в Шанхае... Кстати, валюты и ценные бумаги не зря имеют такое качество как «ликвидность», ситуация с точками бифуркации на биржах не так далека от ситуаций в аэрогидродинамике.