Н. Климонтович "Синергетика-на-Оке"

Если сравнивать нынешнюю встречу с предыдущей — «Синергетика и кооперативные явления», проходившей в прошлом году, бросается в глаза разница в представительности двух симпозиумов, между которыми прошло лишь десять месяцев. За пять дней на сцене Большого конференц-зала Института биологической физики Академии наук СССР прошел настоящий «парад звезд» с участием многих иностранных специалистов. Интересующиеся современным естествознанием должны были бы удивиться разнице научных интересов участников — первое впечатление от программы, будто речь идет о юбилейном заседании в Академии наук, а не о научной встрече, посвященной конкретной тематике.

Что же заставило специалистов столь разных направлений объединиться, по выражению академика Б. Б. Кадомцева, под общим зонтиком синергетики? Ведь академик Я. Б. Зельдович, скажем, физик-теоретик, в последние годы занимается преимущественно теоретической астрофизикой, Б. Б. Кадомцев возглавляет работы по программе «Токамак» по получению управляемого термоядерного синтеза, академик А. М. Обухов, геофизик, руководит Институтом физики атмосферы АН СССР, академик А. А. Самарский — математик, а член-корреспондент АН СССР М. В. Волькенштейн — биофизик. Сюда нужно прибавить и многих специалистов в области химии и гидродинамики, биологии и теории колебаний и волн, математического моделирования и биоэнергетики, принимавших участие в заседаниях. Ответ один — во всех этих областях ученые сталкиваются с явлениями самоорганизации, причем для теории эволюции как живых, так и неживых систем, для биологии и экологии эти явления носят кардинальный характер.

Мой первый вопрос директору Института биологической физики, председателю совета директоров Центра в Пущино члену-корреспонденту АН СССР Генриху Романовичу Иваницкому:

По какому принципу вы рассылали приглашения на симпозиум «Синергетика-83»?
Фактически встреча, подобная этой, проводится у нас в стране впервые. Она посвящена исключительно синергетике, и мы руководствовались желанием пригласить всех ученых, которых эта тематика могла бы так или иначе заинтересовать. В первый раз, знаете ли, забрасывают сеть с мелкой ячейкой, чтобы ничего не упустить…

Этот вопрос задал на одной из дискуссий, проводившихся в конце каждого дня заседаний, профессор Г. И. Баренблатт из Института океанологии АН СССР.

Симпозиум по синергетике собрал представительнейшее ученое «общество», самому направлению больше десяти лет, публикаций по синергетике с каждым годом становится все больше, но вовсе не только профессор Г. И. Баренблатт до сих пор задает вопрос: синергетика — что это? Вот как звучали зачины нескольких пленарных докладов.

Я. Б. Зельдович, рассказывая в одном из своих выступлений о работах советских физиков по теории горения и детонации, говорил: «Фактически мы использовали идеи синергетики, но не знали еще, что это синергетика».

Б. Б. Кадомцев докладывал о работах по теории плазмы: «Мои коллеги и я всю жизнь занимались плазмой и нелинейными структурами, но не знали, что можно назвать синергетикой».

Были и другие выступления, было много определений новой науки. Особенно жаркие дебаты разгорелись на одной из дискуссии, носивших менее официальный характер. Некоторые выступавшие начинали так: «Я не знаю, что такое синергетика, но знаю, что это интересно».

Создатель направления и автор самого термина директор физического института при Штутгартском университете профессор Г. Хакен начал свое выступление на дискуссии так: «Есть официальное определение синергетики — это междисциплинарная область исследования кооперативных процессов самоорганизации в системах разной природы. Но вопрос сегодня звучит иначе: что стоит за этим направлением, кроме нашего удовольствия от самого процесса добывания новых знаний? Что есть стержень?» И дальше родоначальник синергетики будто отступил на шаг: «В течение десяти лет я разрабатывал стратегию научного поиска в определенном направлении. Но при изучении самоорганизации, конечно, могут быть иные пути, новые концепции». Профессор М. И. Рабинович из Горького высказал такую точку зрения: «Пока что нет новых, не заимствованных из других теорий методов. Синергетика — это общая культура сегодняшнего научного мышления». А сотрудник Института атомной энергии имени И. В. Курчатова Ю. А. Данилов выразил, должно быть, доминирующее настроение присутствовавших, говоря: «Быть может, не надо торопиться определить, что есть та наука, которой мы все с таким наслаждением занимаемся». И напомнил слова академика Л. И. Мандельштама о том, что любые строгие определения — это колючая проволока для развивающегося живого организма.

Так начал свое выступление на дискуссии лауреат Нобелевской премии бельгийский профессор И. Р. Пригожий, сразу же придав ей характер баталии. Впрочем, на поле боя он, похоже, один представлял свой лагерь. Мне удалось взять в перерыве между заседаниями у Ильи Романовича небольшое интервью.

Так Г. Хакен в беседе со мной комментировал слова И. Р. Пригожина. И напомнил диалектический принцип, согласно которому взаимодействие тезиса и антитезиса порождает синтез. Здесь нужно несколько слов пояснений. Действительно, Хакен и Пригожин руководствуются двумя разными концепциями в подходе к анализу явлений самоорганизации. Пригожин теоретически анализировал возникновение структур в химических растворах, используя термодинамический подход. Он и его школа выработали свои методы, развили свою теорию, создали свою терминологию. Г. Хакен шел от теории лазерного излучения.

Затем он использовал цепь аналогий лазерная генерация — фазовые переходы — гидродинамические неустойчивости. И создал единый аппарат для описания этих и подобных им явлений, выделив как основной принцип кооперативности. Речь шла о том, что неотъемлемым признаком самоорганизации в физических системах является самосогласованное поведение их элементов.

Оба подхода оказались весьма продуктивными. Методы и одной и другой школы применяются сегодня многими исследователями в разнообразных областях. Но как назвать все направление в целом? Фактически за приоритет в осмыслении этой области как единого поля исследований и идет борьба Хакен предложил свое название для нее — вернее, только вариант названия. Пригожин сделал не меньший реальный вклад, но единого названия для всего направления не придумал. Конечно, можно махнуть рукой на разницу терминологий — мол, не в словах дело… Но человек впервые давший чему-либо имя, остается в истории как первооткрыватель. Приживается ли термин «синергетика»?

Сам факт симпозиума доказывает — термин уже прижился. Во время дискуссии можно было наблюдать поучительный эффект каждый выступавший заканчивал свое слово призывом — поменьше споров о терминологии, давайте перейдем к сути. И каждый начинал с того, что выражал полное согласие да, не будем спорить о словах, но я только хочу сказать, что, с моей точки зрения, синергетика… Когда это повторилось в пятый или шестой раз, зал разразился, к смущению оратора, смехом и рукоплесканиями. Казалось, сам термин приобрел какую то магнетическую силу.

«Начало того конца, которым оканчивается начало»

Этой фразой Козьмы Пруткова охарактеризовал М. В. Волькенштейн современное состояние синергетики.

В этой оценке вообще все выступавшие были единодушны да, синергетика сегодня вышла из стадии дебюта. Более строго об этом говорил мне Г. Р. Иваницкий

- Мне представляется, что синергетика теперь будет само организовываться. Сейчас новая дисциплина находится в стадии экспоненциального роста. Скорее всего, она отторгнет от себя некоторые устоявшиеся классические области, но включит некие новые.

Горизонты неминуемо расширятся. Относительно же того как долго синергетика просуществует вообще, трудно сказать что либо определенное. В последнее время возникало множество новых наук некоторые из них потребовали для своего названия прибавить к корню по два, по три прилагательных бионеорганическая химия, скажем. Рождались и направления, претендовавшие на то, чтобы стать некими обобщающими дисциплинами, но обычно это были направления, сформированные по искусственному принципу. Все они призывали к мультидисциплинарным контактам по принципу аналогий. О своей области могу сказать биологии пока от этого поветрия было мало пользы. Синергетика тоже такая собирательная наука. Часто говорят, что она — лишь способ мышления. В основе его лежит простая мысль: деление на различные науки всегда условно, природа едина. И польза от того, что мы лишний раз напомним себе эту истину, несомненна. Что касается конкретных результатов, то все существенное, будем надеяться, впереди.

«Эксперименты Жаботинского и Кринского одно из главных экспериментальных достижений века!»

Так оценил И. Р. Пригожин экспериментальные работы советских ученых. То, что эти многочисленные опыты, имеющие началом блестящее открытие советским химиком Б. П. Белоусовым в начале пятидесятых годов периодически действующих реакции, сегодня попали под крышу синергетики, было в какой-то момент неожиданным для самих исследователей. Впрочем, когда речь идет о конкретных результатах, дело действительно не в словах.

Симпозиум в Пущине имел и второе название — «Автоволновые процессы в биологии, химии и физике». Этим процессам и было посвящено наибольшее число докладов. Прежде чем мы перейдем к некоторым из результатов, нужно сказать несколько слов о том, что такое автоволны.

Под этим словом понимают самоподдерживающиеся волны в так называемых активных средах, таких, где есть источники энергии. Среда внутри химического реактора с необходимыми для реакции реагентами — хороший пример, но не единственный. Лауреат Ленинской премии В. И. Кринский в своем докладе привел такую иллюстрацию: примером активной восстановительной среды, то есть среды, в которой источники энергии возрождаются вновь и вновь, может служить степь — волна горения во время степного пожара проходит по ней, но за год вырастает новая трава. Это — пример природный. Но в лаборатории легко построить установку, составив вместе много горелок: волна проходит по ним, «выбирая» масло из фитиля, но масло вновь поднимается из масленки, и возникает новая волна.

За счет источников в среде автоволны сохраняют постоянными свои характеристики. Едва они были открыты и начали изучаться, как оказалось, что такие образования физики встречают при изучении горения, медики — эпидемий, экологи — при анализе изменения численности популяций, физиологи — стараясь понять механизмы передачи возбуждения в нервных и мышечных волокнах. Автоволны оказались поистине вездесущими.

Экспериментальное их изучение, однако, оказалось, проводить легче всего, используя в качестве аналога автоволны при автокаталитических реакциях Белоусова — Жаботинского. Но при чем здесь синергетика, при чем самоорганизация?

Дело в том, что автоволны в активных средах представляют собой некие структуры. Иллюстрируя свой доклад, В. И. Кринский продемонстрировал эффектные слайды и фильм о том, как происходит в среде установление автоволнового режима. Автоволна выглядит, как раскручивающаяся спираль, точнее — такие спирали являются центрами автоволн. Каждая из них посылает волны, которые, встречаясь друг с другом, претерпевают разрывы. Места этих разрывов сами становятся центрами новых спиралей, таким образом обеспечивается автоволновой режим. Наличие в среде многих центров самоподдерживающихся волн позволяет рассматривать автоволновые процессы как синергетические, кооперативные…

Эксперименты по изучению автоволн, проведенные советскими химиками, физиками и биофизиками, и назвал И. Р. Пригожин выдающимися. Не мог скрыть своего восхищения и американский профессор А. Винфри. Путем математических расчетов, используя ЭВМ, он получал для автоволновых процессов картинки, которые советским экспериментаторам удалось реализовать на практике. Свое выступление, посвященное топологии автоволновых структур, он то и дело прерывал, чтобы отметить: это, как оказалось, уже получено советскими коллегами.

Это предупреждение сделал Г. Хакен во время своего доклада. В конечном итоге все системы состоят из элементов. Элементами систем являются, например, атомы и животные, но как при таком разнообразии выработать реальные подходы? Ведь информация, которую могут получить исследователи в разных областях, будет огромного объема. Как ее сжать? Г. Хакен предлагает путь аналогий.

Действительно, если идти по пути внешнего сходства, то здесь есть где разыграться фантазии. Скажем, спиральные вращающиеся волны встречаются в самых различных средах. Они обнаружены в сердце, и на сетчатке глаза, и при изучении волн эпидемий, а вместе с тем по форме напоминают снимки спиралевидных галактик. Г. Хакен рассказал о математической модели морфогенеза, созданной с помощью компьютера, — машина построила картину окончательно сформировавшегося подсолнечника, выложенную из спиралей. Случайное совпадение?

Структуры в виде отдельных стратов можно наблюдать при газовом разряде, в плазме, сжимаемой магнитным полем, и… в атмосфере. Тоже случайность?

Структура ячеек, пчелиных сот также весьма распространена. Она знакома астрономам, метеорологам, изучающим карты возникновения циклонов в глобальном масштабе, физикам, исследующим гидродинамические неустойчивости, биологам, занимающимся проблемами обмена веществ в живых организмах…

Я почерпнул эти примеры из многих докладов, причем в большинстве случаев докладчики не знали заранее, что их примеры структур так «неоригинальны». Аналогии эти поражают неискушенного свидетеля. Но не будем спешить с выводами — поверхностные аналогии часто вводили в соблазн ученых. Классификация различных видов структур, возникающих в процессах самоорганизации, еще не произведена. Во многих областях не проанализированы детально структуры, наблюдаемые экспериментально. И уж вовсе далеко до тщательной проверки разного рода синергетических аналогий — на сегодня такое строгое описание дано лишь для небольшого числа структур при физической самоорганизации. Однако нельзя сейчас ответить даже на вопрос, можно ли надеяться вообще свести химические и биологические процессы к физическим законам? Здесь уместна фраза из доклада директора Института имени Макса Планка в Дортмунде профессора Б. Хесса: «Выше редукционизма мы теряем определенность».

Пять дней симпозиума на берегу Оки показали, что синергетика — жизнеспособная дисциплина, воздействующая на воображение далеко не только журналистов и дилетантов. Сама атмосфера симпозиума продемонстрировала нечастую увлеченность маститых ученых и редкое единодушие специалистов самых разных областей естествознания. Ее без натяжки можно назвать праздничной.

Все, с кем приходилось мне говорить в кулуарах, во время интервью, в перерывах между лекциями, на борту теплохода, на котором участники встречи совершали поездку по реке в единственный день отдыха, — все единодушно считают, что от синергетики мы вправе ожидать очень многого. И как бы ни называли эту новую дисциплину — «икс-наука» или «новое мировоззрение», «способ мышления» или «новая культура», — во всех определениях сквозит надежда, воодушевление, предчувствие новых открытий. И даже единственный явный критик синергетики, И. Р. Пригожин незаметно для себя в ответ на мой вопрос о том, какой ему видится новая современная наука, привел вполне синергетический пример.