Г. И. Рузавин методология научного

11.4. с и н е р г е т и ч е с к и и а н а л и з 
с л о ж н о о р г а н и з о в а н н ы х с и с т е м 
Е с л и р е д у к ц и о н и з м и атомизм к л а с с и ч е с к о й ф и з и к и основыва¬
ются н а р е д у к ц и и , и л и сведении сложных я в л е н и й к п р о с т ы м , то 
синергетика стремится п о н я т ь связь и взаимодействие между н и м и . 
П о э т о м у она рассматривает, н а п р и м е р , и з м е н е н и я , которые проис¬
ходят н а м а к р о с к о п и ч е с к о м , н а б л ю д а е м о м уровне к а к результат 
взаимодействия огромного ч и с л а элементов и частиц системы н а 
н е н а б л ю д а е м о м м и к р о у р о в н е . 
Ч т о б ы п о я с н и т ь м е х а н и з м такого взаимодействия р а с с м о т р и м 
п р и м е р образования шестиугольных ячеек, которое впервые наблю¬
дал ф р а н ц у з с к и й ф и з и к Б е н а р н а поверхности подогреваемой жид¬
кости. Если р а з н и ц а температуры ж и д к о с т и между н и ж н е й частью 
7
2 и верхней поверхностью 7\ будет ниже некоторого критического 
з н а ч е н и я а
с
, т.е. 7
2 ~Т\ <сс
с
, тогда нагревание ж и д к о с т и будет про¬
исходить путем т е п л о п р о в о д н о с т и и не отразится в н е ш н е н а ее по¬
ведении. Н о к а к только эта р а з н и ц а п р е в ы с и т к р и т и ч е с к о е значе¬
н и е , с п о н т а н н о в о з н и к н е т к о н в е к т и в н о е д в и ж е н и е и огромное чис¬
л о частиц к а к бы п о к о м а н д е начнет участвовать в э т о м д в и ж е н и и . 
Результатом такого д в и ж е н и я будет образование гексагональных 
я ч е е к н а поверхности ж и д к о с т и . 
Классическая термодинамика равновесных систем не могла объ¬
я с н и т ь это явление, ибо оно не укладывалось в р а м к и представлений 
о замкнутых, изолированных системах. Поэтому оно долгое время 
оставалось н е п о н я т н ы м , и н а него обратили в н и м а н и е только с воз¬
н и к н о в е н и е м н е р а в н о в е с н о й т е р м о д и н а м и к и и синергетики. С точ¬
к и з р е н и я этих н а п р а в л е н и й и с с л е д о в а н и я п о я в л е н и е я ч е е к Б е н а р а 
о б я з а н о обмену э н е р г и е й между р а с с м а т р и в а е м о й системой жидко¬
сти и о к р у ж а ю щ е й средой. Флуктуации, и л и случайные о т к л о н е н и я 
системы от некоторого среднего с о с т о я н и я , в открытых системах не 
подавляются, а, н а п р о т и в , усиливаются п о мере в о з р а с т а н и я нерав¬
н о в е с н о с т и между системой и о к р у ж а ю щ е й средой. В результате 
этого беспорядочное тепловое д в и ж е н и е молекул в к р и т и ч е с к о й 
точке сменяется с о г л а с о в а н н ы м , к о о п е р а т и в н ы м их д в и ж е н и е м , что 
и приводит к образованию н о в о й структуры в жидкости. Возникаю¬
щ а я п р и э т о м э н т р о п и я в с и с т е м е д и с с и п и и р у е т с я ( р а с с е и в а е т с я ) 
210 

---

в окружающую среду. Н а э т о м о с н о в а н и и И . Р . П р и г о ж и н п р е д л о ­
ж и л назвать вновь в о з н и к а ю щ и е структуры диссипативными. 
Более с л о ж н ы й характер имеют п р о ц е с с ы с а м о о р г а н и з а ц и и , 
п р о и с х о д я щ и е п р и х и м и ч е с к и х р е а к ц и я х , которые впервые еще в 
50-х гг. исследовал Б . П . Белоусов и о б о б щ и л А . М . Ж а б о т и н с к и й со 
с в о и м и сотрудниками. О н и рассматривались п о д р о б н о в главе 9, 
здесь ж е обратим в н и м а н и е н а то, что в н и х к р о м е обмена э н е р г и е й 
происходит также о б м е н между р е а г и р у ю щ и м и веществами: н о в ы е 
реагенты вступают в р е а к ц и ю , а и с п о л ь з о в а н н ы е — выводятся и з 
нее. В а ж н ы м условием в о з н и к н о в е н и я т а к о й с а м о о р г а н и з у ю щ е й с я 
р е а к ц и и является н а л и ч и е катализаторов, у с к о р я ю щ и х ее процесс. 
В ходе р е а к ц и и н а поверхности раствора веществ с п о н т а н н о обра¬
зуются у п о р я д о ч е н н ы е п р о с т р а н с т в е н н ы е и в р е м е н н ы е структуры. 
Н а и б о л е е п р и м е ч а т е л ь н ы м из н и х я в л я ю т с я так н а з ы в а е м ы е «хими­
ческие» ч а с ы , которые представляют собой п е р и о д и ч е с к и й процесс 
и з м е н е н и я цвета раствора, н а п р и м е р , с красного н а голубой и об¬
ратно. К а к уже говорилось в главе 1, П р и г о ж и н вместе со с в о и м и 
сотрудниками в Брюсселе п о с т р о и л теоретическую модель этого 
процесса, н а з в а н н у ю и м брюсселятором. 
Третьим п р и м е р о м может служить с а м о о р г а н и з а ц и я , к о т о р а я 
происходит в процессе лазерного и з л у ч е н и я , к о т о р ы й впервые под¬
р о б н о исследовал Г. Хакен. О н е м ш л а речь также в главе 9. В э т о м 
случае когерентное д в и ж е н и е атомов газового лазера достигается 
посредством электрического разряда, под воздействием которого 
возбужденные атомы н а ч и н а ю т испускать ф о т о н ы . Когда критиче¬
ская т о ч к а будет достигнута, лазер начнет излучать м о щ н ы й цуг 
э л е к т р о м а г н и т н ы х волн с в ы с о к о й энергией. 
Все эти п р и м е р ы м о ж н о описать с п о м о щ ь ю единой схемы. Лю¬
бая открытая система, взаимодействуя с окружающей средой, испы¬
тывает определенные флуктуации. П о д воздействием энергии и л и 
вещества, поступающих извне, эти флуктуации усиливаются и начи¬
нают «расшатывать» старые связи между э л е м е н т а м и и л и компо¬
н е н т а м и системы. Возникает неустойчивость, к о т о р а я со в р е м е н е м 
усиливается, и когда о н а достигает определенного критического 
з н а ч е н и я , система резко меняет свое м а к р о с к о п и ч е с к о е состояние. 
Между ее э л е м е н т а м и возникает н о в о е взаимодействие, и о н и на¬
ч и н а ю т двигаться к о г е р е н т н о , и л и согласованно, образуя коопера¬
тивные процессы. Х а к е н , к а к м ы видели, с а м о о р г а н и з а ц и ю связы¬
вает и м е н н о с к о о п е р а т и в н ы м и п р о ц е с с а м и , а П р и г о ж и н — с воз¬
н и к н о в е н и е м д и с с и п а т и в н ы х структур. 
О с н о в н а я идея, выдвигаемая с и н е р г е т и к о й , заключается, т а к и м 
образом, в том, что сложные системы качественно меняют свое мак¬
р о с к о п и ч е с к о е состояние в результате и з м е н е н и й , п р о и с х о д я щ и х н а 
м и к р о у р о в н е . П о с л е д н и е и з м е н е н и я м о ж н о рассматривать к а к к о -
2 1 0 

---

личественные, описываемые управляющим параметром системы. П р и 
к р и т и ч е с к о м з н а ч е н и и этого параметра система переходит в новое 
макроскопическое состояние. Установить связь между н е в и д и м ы м и 
к о л и ч е с т в е н н ы м и и з м е н е н и я м и н а м и к р о у р о в н е и в и д и м ы м и каче¬
ственными и з м е н е н и я м и на макроуровне, к а к и определить критиче¬
ское значение управляющего параметра из чисто абстрактных, теоре¬
тических соображений не представляется в о з м о ж н ы м . П о э т о м у здесь 
прибегают к к о н к р е т н о м у и с с л е д о в а н и ю с л о ж н о о р г а н и з о в а н н ы х 
систем с п о м о щ ь ю н а б л ю д е н и й и л и э к с п е р и м е н т о в . В опыте Б е н а -
ра у п р а в л я ю щ и м п а р а м е т р о м является градиент температуры подог¬
р е в а е м о й ж и д к о с т и , в р е а к ц и и Белоусова — Ж а б о т и н с к о г о — кон¬
ц е н т р а ц и я х и м и ч е с к и х веществ, в лазере — н а п р я ж е н н о с т ь элек¬
т р о м а г н и т н о г о п о л я внутри него. И з м е н я я у п р а в л я ю щ и й параметр, 
м о ж н о достичь критического з н а ч е н и я , когда система резко и спон¬
т а н н о переходит в качественно новое состояние. П о э т о м у анализ 
п о в е д е н и я системы п р и переходе от прежнего с о с т о я н и я к н о в о м у 
с о с т о я н и ю в к р и т и ч е с к о й точке имеет р е ш а ю щ е е з н а ч е н и е д л я по¬
н и м а н и я п р о ц е с с а с а м о о р г а н и з а ц и и . 
1. И м е н н о здесь я с н о прослеживается взаимосвязь между случай­