Инновационная сложность

Не существует ни одной биологической структуры, будь то макромолекула, особь или отдельная популяция, которую можно назвать поистине автономной в аспекте функционирования. Еще более ярко выраженная иерархичность присуща социальным и экономическим структурам.

При иерархическом строении более высокий иерархический уровень задает для более низкого уровня образцы поведения и границы приемлемого, в то время как более низкий уровень объясняет детали происходящего на более высоком уровне. Для понимания функционирования той или иной экологической или экономической системы, надо начинать с самых высоких уровней, описывающих глобальное поведение, главные типы активности, постепенно спускаясь вниз для раскрытия механизмов и деталей поведения. Правда при спускании вниз число элементов и связей с каждым последующим уровнем многократно возрастает, и система становится настолько сложной, что оказывается трудно описываемой.

Как же осуществляется управление этими сверхсложными системами? Хотя в экосистемах нет специальных органов, осуществляющих контроль, и в них все-таки присутствует управление, так как после всевозможных возмущений и катастроф наблюдается восстановление экосистемы или ее дальнейшая эволюция. Экосистемы способы к саморегуляции и самоорганизации посредством взаимодействия, за счет положительных и отрицательных обратных связей, посредством которых осуществляется координация. Такое управление является пассивным или диффузным. Оно является мягким и допускает большую свободу поведения.

Подобное управление имеет место и в экономике в условиях свободной конкуренции. Решения о том, что, где, когда и сколько производить, покупать и продавать принимаются самими производителями, предпринимателями и покупателями. Однако если тот или иной производитель производит товар, который не пользуется спросом, или же он производит товара больше, чем требуется, то возникает отрицательная обратная связь, и он терпит убытки. И, наоборот, при появлении на рынке нового и имеющего большой спрос товара возникает положительная связь, толкающая производителя на расширение производства.

Таким образом, в сложноорганизованных системах присутствует как борьба за существование и конкуренция, так и сотрудничество, и кооперация, причем на разных уровнях организации соотношение между конкуренцией и кооперацией разное. Так, на уровне экономики всей страны и в локальной экосистеме доминирует сотрудничество, а на уровне отдельных предприятий и фирм или колоний, семей доминирует конкуренция.

Специализация и интеграция создают условия для увеличения степени приспособления и эффективности функционирования, однако максимальная эффективность несовместима с такой же адаптивностью. В результате все сложноорганизованные структуры являются среднеэффективными и среднепластичными, содержат в себе много избыточных подструктур и функций, и все их подсистемы имеют условную свободу действий. Все это, с одной стороны, обеспечивает возможность сложным системам приспосабливаться к изменяющимся внешним условиям, а с другой стороны – развиваться и сохранять в главном свою структуру.

Режимы с обострением описывают восходящие этапы процессов эволюции во всех без исключения системах: физических, биологических, экономических, социальных и др. и обладают огромной общностью. Действительно, режимы с обострением возникают в нелинейных открытых диссипативных системах с положительными обратными связями, таких как автокаталитические реакции в химии, биологические экосистемы, многие экономические и социальные системы, в том числе мировое сообщество людей – глобальная Мир-Система и многие другие. Процессы конкуренции в этих системах ответственны за формирование положительных обратных связей. Главной движущей силой социально-экономической эволюции была положительная обратная связь между численностью населения и уровнем развития технологий. Именно эта связь обусловила сверхбыстрый рост в режиме с обострением, как общего числа людей, так и целого ряда экономических показателей.

График развития в режиме с обострением изображен на рис. 1. Здесь функция N (t) – это некоторый интегральный показатель системы, например, общая численность людей, если рассматривать эволюцию мирового сообщества, или – число разных типов клеток, если брать биологическую эволюцию, и т. д.

Рис. 1. Режим с обострением

Как видно из рисунка, развитие в режиме с обострением можно условно разделить на три стадии: квазистационарную стадию -1, или стадию медленного роста, когда прирост функции заметен только на очень больших промежутках времени; стадию быстрого роста – 2, и стадию взрывного развития – 3. То есть эволюция в таком режиме идет с ускорением, длится лишь конечное время и всегда заканчивается взрывом, коллапсом вблизи точки сингулярности. В реальности до коллапса дело не доходит, система переживает сильнейший кризис, сопровождающийся качественными изменениями, и начинается новый цикл развития обновленной системы.

Для иллюстрации рассмотрим эволюцию общества. В Мир-Системе закон гиперболического роста (1) как основной тренд действовал на протяжении всей истории человечества, по некоторым оценкам более млн. лет, вплоть до 70-х годов прошлого века. На квазистационарной стадии развития прирост населения был крайне мал и заметен только на больших промежутках времени. Переход к ускоренному росту произошел в эпоху неолита. В последние двести лет наблюдалось особенно резкое увеличение численности населения Земли, которое было охарактеризовано как демографический взрыв. Однако, дело не дошло до того, что человечество в целом стало страдать и вымирать от перенаселения и нехватки продуктов, как предсказывал Мальтус. Культурное и научное развитие привело к резкому снижению рождаемости, которое стало причиной происходящего в настоящее время демографического перехода к постоянной численности людей. Демографический переход – это индикатор революционных преобразований в Мир-Системе, ведущих человечество к новому типу развития и витку эволюции. Демографический переход – это отклик системы на демографический взрыв, преодолевающий точку сингулярности.

В общем случае можно утверждать, что вблизи точки сингулярности система впадает в тяжелый глобальный системный кризис, из которого она или выходит обновленной и вступает на новый цикл развития, что сейчас пытается осуществить человечество, или система гибнет.

Режимы с обострением могут описывать как основной тренд развития системы, так и отдельные этапы эволюции. В режиме с обострением развивается не только вся система, как целое, но составляющие ее подсистемы, находящиеся на разных иерархических уровнях. Поднимаясь на междисциплинарный уровень и отвлекаясь от конкретной природы системы, можно установить общие законы эволюции нелинейного мира, через призму развития в режиме с обострением пространственных структур.

Некоторые основные понятия и законы эволюции структур, развивающихся в режиме с обострением, были сформулированы С. П. Курдюмовым и в дальнейшем развиты в работах с Е. Н. Князевой [153]. Это, во-первых, понятие собственных функций нелинейной среды – строго определенного, дискретного набора пространственных структур, которые могут формироваться и развиваться в данной нелинейной среде. Во-вторых, это понятие темпомира структуры, связывающего возраст структуры со скоростью (темпом) ее развития. В-третьих, это принцип нелинейного синтеза, или коэволюции, объясняющий, как простые структуры разного возраста могут объединяться в единую сложную структуру.

Любая нелинейная среда обладает лишь конечным, как правило, небольшим набором структур, имеющих строго определенную пространственную конфигурацию (архитектуру), которые могут в ней длительное время существовать и (самостоятельно) развиваться без дополнительных затрат энергии на удержание и на управление. Они были названы С. П. Курдюмовым собственными функциями нелинейной среды (СФ). СФ являются наиболее устойчивыми образованиями (или формами), к которым эволюционируют процессы в диссипативной среде, то есть они играют роль аттракторов для всех прочих. Одной из главных характеристик структуры, развивающейся в режиме с обострением, является ее момент обострения. Чем ближе к моменту обострения, тем быстрее происходит рост структуры. Это означает, что структуру с меньшим моментом обострения, никогда не сможет догнать структура, у которой он больше, разрыв между ними увеличивается все быстрее и быстрее, и на стадии взрывного роста первой структуры, вторая – фактически застывает, не развивается по сравнению с первой. Говорят, что эти структуры живут в разных темпомирах. Живущие в разных темпомирах структуры – это структуры, находящиеся на разных стадиях развития, или имеющие разный уровень развития. Время обострения простой структуры определяется ее высотой, чем больше высота, тем быстрее развивается структура, и тем меньше остается ей жить. Простые структуры, имеющие разную высоту, а значит и разные моменты обострения, казалось бы, не могут быть объединены в сложную структуру, имеющую единый для всех ее частей момент обострения. Однако это не так. Сложные СФ, имеющие несколько локальных максимумов, как раз представляют собой такие структуры – они являются объединением простых структур с разными максимумами в единую структуру, при котором все части структуры развиваются синхронно в одном темпомире. Это и есть выдвинутый С. П. Курдюмовым принцип объединения простых структур в сложные. Совокупность всех сложных СФ, развивающихся в одном темпомире, представляет собой организацию нелинейной среды. Правила объединения простых структур в сложные Сергей Павлович называл правилами нелинейного синтеза или конструктивными принципами коэволюции. Поиск конструктивных принципов коэволюции сложных структур мира, их определение и осмысливание является одним из наиболее важных исследовательских результатов научной школы Курдюмова.