Украинец А.А., Поташкин А.А. Чрезвычайные ситуации и безопасность: Экстремологический и социологический анализ

Подождите немного. Документ загружается.

Научно-методологические основы теории экстремальности

тимые, нелинейные поливариативно развивающиеся процессы в кри-

тических точках, называемых «бифуркациями», могут приводить

к возникновению неопределенности и хаоса. Такие процессы приво-

дят к возникновению множества различных, часто непредсказуемых,

в том числе экстремальных ситуаций. Возникающие в таких случаях

малые различия могут приводить к крупномасштабным последстви-

ям. Иными словами, бифуркация – это состояние, когда система все

время балансирует «на грани срыва», то есть перехода к такому со-

стоянию, выход из которого возможен либо за счет реструктурирова-

ния системы, но на ином системном уровне, либо в направлении ее

дезинтеграции.

Вызываемые необратимыми, многовариантными по характеру

и направленности процессами события способны приводить к различ-

ным флуктуациям. Особое внимание уделяется при этом таким флук-

туациям, которые предопределяют переход системы в неравновесное

состояние, ее качественное преобразование или катастрофическое

разрушение, которые часто не поддаются детерминистическим пред-

сказаниям [47, с. 138–143].

В целом можно отметить, что флуктуации превращают явления

и проблемы бифуркаций (достаточно трудные сами по себе) в еще бо-

лее трудные проблемы неравновесных фазовых переходов. Причем

«именно в критических точках, то есть там, где система претерпевает

свое макроскопическое изменение, флуктуации играют решающую

роль» [110, с. 138–143].

Теория трансформации, как одна из ключевых концепций си-

нергетического развития, анализирует самые различные сценарии

«хаотизации» или экстремального морфогенеза. При этом раскрыва-

ются наиболее актуальные моменты и зависимости как жесткой (ката-

строфической), так и мягкой (кризисной) потери устойчивости или

нестабильности процессов [4, с. 16–20, 21–30].

Как уже отмечалось, экстремальная ситуация в своем непосредст-

венном развитии представляет собой диалектический трансформацион-

ный переход от нормы (упорядоченной деятельности и состояния субъ-

екта) к состоянию критичности. Такой переход характеризуется

и описывается концепцией трансформации определенными изменения-

ми в фазовом пространстве экстремальности, которое может иметь

в своем динамическом развертывании множество разнообразных ситуа-

ционных состояний. При этом под «фазовым пространством» («фазой

развития») экстремальности понимаются максимумы или минимумы

Глава 1

изменчивости процессов и систем, характеризующиеся достаточно ра-

дикально выраженной последовательностью тех или иных сменяющих

друг друга качественных состояний [73, с. 97–100 , [122, с. 92–103 .

В силу особой значимости выявления динамики экстремальных

переходов для анализа развивающихся при этом ситуационных со-

стояний, модельно отобразим его типологический «фазовый портрет».

В таком фазовом портрете экстремального перехода-развития

с необходимостью выделяются следующие онтологические состояния:

а) квазистационарное, «асимптотически устойчивое» [73, с. 14],

представляющее собой исходное состояние ситуационной среды;

б) энтропийное состояние, или неустойчивость, «соскальзывание

системы к состоянию, лишенному какой бы то ни было ориентации»

[104, с. 25] – в «хаотическую динамику» [73, с. 8], турбулентность,

или «нерациональное» поведение;

в) метаболическое состояние как состояние открытости системы

в ее развитии для самоорганизации, «восприятия» ею свойств, отно-

шений и параметров среды в качестве внешних воздействий;

г) флуктуация, или состояние взаимопересечения необходимых

и случайных событийных потоков, нарастания или обострения про-

цессов;

д) маргинальная устойчивость, представляющая собой границу

между устойчивостью и неустойчивостью, «остатки устойчивости»

в развитии процессов и состояний;

е) бифуркационные критические состояния «смены пространст-

венно-временной организации» [82, с. 50] в критических точках раз-

вития экстремальной системы, то есть состояние выбора системой

одного из возможных вариантов развития, «быстрая, коренная пере-

стройка характера развития системы» [71, с. 8], ее инновация;

ж) локализация процессов – образование новых, диссипативных

структур «временного» упорядочения процесса нестабильности, мор-

фогенез;

з) аттракция стабильности, или упрочение того или иного сфор-

мировавшегося состояния («инновационного порядка»).

Согласно диалектической теории, переход количественных из-

менений в качественные может иметь различные формы. В частности,

по актуальному здесь временному параметру он может:

1) быть быстрым или даже мгновенным переходом в новое качество;

2) продолжаться менее длительное время, чем протекал предше-

ствующий количественный процесс;

Научно-методологические основы теории экстремальности

3) совпадать или превышать временной интервал количествен-

ных изменений.

Первые две его формы являются перерывом постепенности,

скачками. Третья форма скачком не является, а представляет специ-

фическую форму «качественной эволюции», сущностно отличающей-

ся от «количественной эволюции» – изменений, происходящих в пре-

делах меры.

Так в самых общих чертах выглядит описание исключительно

сложной динамики экстремальных ситуаций.

В теории катастроф, представляющей собой одно из ответвлений

теории динамических систем, проводится классификация разрешения

экстремальностей в их фазовом пространстве или предельном цикле,

позволяющая устанавливать качественно различающиеся типы пове-

дения экстремогенных систем. В связи с этим отмечается, что «много-

численные особенности, бифуркации и катастрофы (скачки) возникают

во всех задачах нахождения экстремумов (максимумов, минимумов),

задачах оптимизации, управления и принятия решений в подобных ус-

ловиях» 4, с. 40 . Вообще здесь проявляется «неисчерпаемое разнооб-

разие неустойчивости» 110, с. 28 , – замечает Г. Хакен.

При этом в качестве наиболее актуальных состояний критично-

сти для анализа развития экстремоситуативных процессов, как прави-

ло, выделяются, во-первых, флуктуации как состояния отклонений от

нормы (от маломасштабных или «ненаблюдаемых» отклонений до

макроскопических или «наблюдаемых»). Во-вторых, состояние кри-

тичности (возможность дифференцирования которой на докритиче-

скую, непосредственно критическую или бифуркационную и по-

сткритическую неустойчивость также имеет свои основания).

Обобщая синергетические подходы, академик Е. М. Бабосов

указывает, что в развитии экстремальных ситуаций особое значение

приобретают их темпоральные характеристики диахронного развер-

тывания [18, с. 19–21]. При их анализе целесообразно проводить чет-

кое разграничение понятий «период» и «фаза» в режиме функциони-

рования системы. В первом случае делается акцент на трех

временных состояниях в сети функционирования системы:

1) период доэкстремального развития (проэкстремальная ситуация);

2) период, соответствующий непосредственно экстремальной

ситуации;

3) период послеэкстремального состояния системы (трансэкс-

тремальная ситуация).

Глава 1

В свою очередь, в качестве фаз экстремального развития выде-

ляются:

а) предэкстремальная фаза – пограничное состояние между пе-

риодами доэкстремального и экстремального развития;

б) собственно экстремальная фаза – несет в себе все характер-

ные черты экстремумов;

в) постэкстремальная фаза – выход системы из экстремального

состояния.

В случае если выход из экстремума осуществляется через верх-

нюю критическую точку, мы наблюдаем специфический вариант

скачкообразного экстремального развития – катастрофу, который не-

сет в себе реальную угрозу разрушения системы как целого и в боль-

шинстве случаев наносит невосполнимый ущерб, приводя к ее необ-

ратимым изменениям [13, с. 38].

Наконец, в период послеэкстремального состояния системы

происходит ее выход из экстремального состояния. Он может проте-

кать как путем прохождения через верхнюю критическую отметку

режима экстремального функционирования, так и минуя ее, путем

«затухания» амплитуды и частоты колебаний и возвращения системы

в свое исходное положение.

Вторая критическая точка, через которую проходит демаркация

экстремальной ситуации, находится в фазе постэкстремального функ-

ционирования, вслед за которой наступает период трансэкстремаль-

ного развертывания. Выход из этого состояния уже не может про-

изойти путем «затухания» экстремального фона и возвращения

в исходное положение. В состоянии критической, пороговой неустой-

чивости даже малые причины (изменения) порождают несоразмерно

(своим объективным возможностям) большие следствия. «Переме-

жаемость», «концентрация», «резонансный» и другие синергетиче-

ские эффекты взаимовлияния процессов приобретают нелинейный

и лавинообразный характер. Именно поэтому в состоянии экстре-

мальной неустойчивости возрастает в необыкновенной степени зна-

чимость стохастического фактора и его влияния на ход событий.

Достигнув верхней критической отметки, экстремальная ситуация

развивается по катастрофическому сценарию со всеми вытекающими

из этого сценария последствиями и также имеет ряд определенных фаз:

предкатастрофическую, собственно катастрофическую и посткатастро-

фическую [13, с. 39–40].

Научно-методологические основы теории экстремальности

Однако посткатастрофическое развитие, в отличие от простого

постэкстремального, не достигшего верхней критической отметки,

«...никогда не означает полного и безоговорочного возвращения

к предкатастрофной нормальности данной системы» [13, с. 38]. Такая

невозможность обусловлена тем, что происходят необратимые изме-

нения в системе, а возникающее предельное истощение ресурсов не-

избежно порождает необходимость привлечения внешних дополни-

тельных средств для того, чтобы она могла придти к состоянию более

или менее устойчивого равновесия.

С необратимостью критических изменений всецело связана про-

блема ренормализации критических состояний. Диалектика их разви-

тия показывает объективную невозможность ренормализации процес-

сов в бифуркационной стадии их развития.

Посткритическое состояние развития экстремальности отожде-

ствляется с хаосом, осмысление которого также опирается на синер-

гетические основы. Говоря современным научным языком, хаос есть

такое состояние развивающейся системы, которое остается по мере

устранения возможностей проявления ею своих свойств в ходе эво-

люции. То есть хаос – это объективное состояние, имеющее свои кон-

кретно-определенные характеристики для тех или иных экстремально

разрешающихся (разрешившихся) процессов. Практически его ото-

ждествляют с максимально возможной степенью неупорядоченности

одних процессов по отношению к другим. Вместе с тем состояние

хаоса выступает диалектическим звеном в (само)организации процес-

сов, закономерным для диалектических переходов типа «порядок –

беспорядок», «беспорядок – порядок», «хаос – хаос» (а также диалек-

тические переходы от порядка одного уровня к порядкам более высо-

кого или низкого уровней, исключающих состояние хаоса). Объек-

тивное понимание данного посткритического состояния позволяет

и теоретически, и практически ставить вопрос о возможности количе-

ственной характеристики, то есть измерения степени хаотичности тех

или иных состояний экстремальных систем, что особенно важно

в процессе прогнозирования, предупреждения и ликвидации послед-

ствий чрезвычайных ситуаций.

Таким образом, проведенный анализ диалектики экстремоситуа-

тивного процесса позволяет сделать вывод о том, что экстремальная

ситуация развивается как сложная динамическая система взаимодей-

ствия (отношений) объективных и субъективных факторов (элемен-

тов), обладающая синергетическими характеристиками и имманентно

Глава 1

включающая в себя человека (субъекта) в качестве одного из важ-

нейших своих элементов. При этом «ведущим центром» экстремоситуа-

тивного процесса выступает именно субъект, активно (либо пассивно)

отражающий объективно-сложные условия своей жизнедеятельности

(практики) и действующий (бездействующий) в интересах выхода из

сложившейся ситуации и нормализации обстановки (либо смирившийся

со своей участью).

Однако такая картина нелинейных, необратимых многовариант-

ных процессов отнюдь не означает проповеди индетерминизма. Напро-

тив, она приводит к расширению границ возможных видов каузального

истолкования реальной действительности и вытекающего отсюда целе-

направленного поиска предупреждения экстремальных ситуаций и пре-

одоления их негативных последствий.

После того как Рене Том сумел объединить в рамках единой

теории две далеко отстоящие ветви математики (теорию бифуркаций

и теорию особенностей), а также указал на их многообразное практи-

ческое приложение, под «теорией катастроф» уже понимаются не

только сугубо теоретические вопросы устойчивости, но и вопросы

построения, исследования и прогнозирования динамики конкретных

моделей вполне конкретных систем управления динамическими сис-

темами, что по существу и составляет ядро синергетики.

Качественные методы синергетического исследования динами-

ческих систем позволяют выяснить их весьма существенные характе-

ристики. Например, имеются ли в системе равновесные (стационар-

ные) состояния? Устойчивы ли они и как меняется характер

устойчивости при изменении внутренних и внешних параметров?

Этим кругом задач занимается качественная теория дифферен-

циальных уравнений. Не решая такие уравнения с целью нахождения

в явном виде фазовой траектории системы, эта теория исследует об-

щие закономерности поведения данной системы по самому виду ис-

ходного уравнения динамики. При качественном исследовании в ос-

новном используется метод «фазовой плоскости». Качественная

теория дифференциальных уравнений позволяет, не решая исходного

дифференциального уравнения, предсказать по виду фазовых траек-

торий на данной плоскости, как будет вести себя система в будущем.

Фазовый портрет позволяет сравнительно просто выяснить те наибо-

лее существенные («критические») значения данных параметров сис-

темы, которые делают ее неустойчивой. Именно такие значения дан-

ных параметров системы и называют «бифуркационными» [4, с. 45].

Научно-методологические основы теории экстремальности

Построив фазовый портрет данной системы, можно узнать, бу-

дет она устойчива или нет, и от чего это зависит.

В ряде важных для практики случаев фазовый портрет пред-

ставляет собой набор «вложенных» друг в друга эллипсов, которые

пересекают координатные оси в точках, именующихся «особыми».

Именно в них скорость движения фазовой точки обращается в нуль,

то есть система в этих точках «не движется», она «стационарна»,

иными словами, находится в состоянии равновесия. При этом состоя-

ние равновесия может быть устойчивым или нет: все зависит от фазо-

вого портрета системы, а он является своего рода слепком присущих

системе свойств.

В последние десятилетия, наряду с математической базой, осо-

бенно быстро наполнялась информационная составляющая теории ус-

тойчивости и катастроф. Было доказано, что слабость системы к адап-

тации и возможность ее разрушения определяется ее информационной

насыщенностью.

Как известно, сложная система обладает двумя противоположны-

ми свойствами:

– энтропией, определяющей внутреннее разнообразие, степень

свободы или хаотичность;

– информацией, определяющей внутреннюю упорядоченность [71 .

От степени хаотичности системы зависит ее способность изме-

няться и порождать инновации внутри себя. Максимальное увеличе-

ние энтропии ведет к хаотизации системы, а значит к ее исчезнове-

нию, что, кстати, предполагает теория катастроф.

Информация же определяет структуру системы. Для того чтобы

система могла называться системой в ней должен быть заложен неко-

торый необходимый минимальный объем информации, определяемой

набором входящих в нее элементов и взаимосвязей между ними. Мак-

симальное изменение информации системы лишает ее способности

изменяться.

Одновременное наращивание энтропии и информации в рамках

одной системы невозможно, так как суммарный объем информации и

энтропии внутри системы заранее определен и известен:

I (Y) + H (Y) = const,

где I (Y) – информация системы Y; H (Y) – энтропия системы Y.

Таким образом, наращивая объем информации, система сокра-

щает объем энтропии и наоборот.

Глава 1

Как утверждал У. Р. Эшби в законе необходимого разнообразия,

информация не может быть передана в большем объеме, чем это по-

зволяет количество разнообразия, а потому только разнообразие мо-

жет уничтожить разнообразие. То есть при создании информации для

борьбы с растущим уровнем энтропии необходим некоторый уровень

энтропии внутри системы.

Вместе с тем система должна сохранять некоторый информаци-

онный уровень и некоторую структуру, чтобы продолжать оставаться

именно той первоначальной системой.

Таким образом, возникает проблема поиска оптимального соот-

ношения энтропии и информации в сложных системах. Сложные сис-

темы, в том числе и социальные, способны регулировать соотношение

объемов структурной информации и энтропии, подбирая наиболее

рациональное. Этот процесс и есть движение системы к наибольшей

устойчивости. Механизм этого движения заложен в самой системе

и не требует помощи извне, но вместе с тем способен осуществляться

только в случае свободного (ни чем не ограниченного) взаимодейст-

вия системы с внешней средой. Объяснить это можно диссипативны-

ми свойствами сложных систем, которые, сокращая энтропию внутри

себя, увеличивают ее уровень во внешней среде. В том случае если

сложная система наращивает информацию выше необходимого уров-

ня и достигает ее максимального уровня, то при первом же изменении

окружающей среды, требующем ответа в виде инновации, происходит

молниеносный процесс перехода в точку максимальной энтропии.

В поисках наилучшего соотношения информации и энтропии

система способна перебирать неограниченное множество сочетаний.

По утверждению Е. А. Седова, оптимальным является соотношение

80 к 20 %. В этом случае 80 % информации определяет целостность

структуры, а 20 % энтропии остаются для того, чтобы система могла

порождать инновации.

Внутренние механизмы ограничения уровня энтропии сложных

социальных систем состоят в ограничении свободы входящих в нее

индивидов и могут осуществляться двумя способами: жестким регу-

лированием извне (более простой вариант) и созданием условий для

начала самоорганизующегося процесса развития культуры входящих

в нее индивидов.

Первый метод предполагает достаточно жесткое законодатель-

ное ограничение свободы индивида и создание искусственной систе-

мы регулирования заложенной в ней способности к разрушению. При

Научно-методологические основы теории экстремальности

этом существует ряд недостатков: с одной стороны, сложно создать

жесткую систему ограничений и вести постоянный контроль ее со-

блюдения; с другой стороны, остается проблема неодинаковости ин-

дивидов: для кого-то степень внешних ограничений и контроля ока-

жется недостаточной, а для кого-то излишней. Данный случай опасен

тем, что способен подавить поток инноваций, исходящий от креатив-

ных личностей. В этом случае система падет жертвой самопроизволь-

ного перехода от состояния излишней информационной насыщенно-

сти в состояние хаоса.

Второй вариант развития механизмов саморегулирования –

запуск самоорганизующегося процесса, результатом которого станет

образование механизмов саморегуляции на уровне индивида, то есть

ограничение свободы не механизмами вышестоящей системы, а огра-

ничение разнообразия на более низких уровнях.

Нахождение оптимального сочетания обоих механизмов – един-

ственно возможный путь достижения и уровня энтропии, и уровня

информации [71, с. 54].

Очевидно, что в ходе исследований в области экстремологии

должны использоваться законы, методы, критерии и принципы есте-

ственных, технических и общественных наук, а методологические ос-

новы данной теории – базироваться на достижениях в целом ряде об-

ластей. Какие элементы из разных областей научных знаний наиболее

важны и органически входят в современную экстремологию:

– математика – методы математического системного анализа,

математическая статистика и теория вероятностей, математическое

моделирование, теории бифуркаций, решение некорректных задач

прикладной математики;

– физика – общая и прикладная физика элементарных частиц

и твердого тела, радиоэлектроника, спектроскопия, физика атмосферы

и земли, ядерная физика и энергетика, теория лазеров;

– механика – жидкостей и газов, твердого деформируемого тела;

– машиноведение – анализ и синтез технических систем, кине-

матика и динамика машин и механизмов, надежность, прочность

и ресурс систем;

– информатика и управление – кибернетика, теории управления,

интегральных, автоматических систем и роботов, принятия решений;

– химия – теория химических и физико-химических реакций,

химия процессов и материалов, органическая и неорганическая хи-

мия, биохимия;

Глава 1

– геология – комплексные методы геологии, геофизики и геохи-

мии, океанологии;

– обществоведение – основы государства и права, философии,

социологии, экономики.

Общая экстремология, базирующаяся прежде всего на совре-

менном математическом аппарате, существенно отличается от обыч-

ных естественнонаучных теорий. Чтобы оказаться полезной, она

должна быть понята и востребована не только исследователями, но

и инженерами, управленцами, руководителями. Поэтому в этой тео-

рии должна присутствовать большая гуманитарная компонента, со-

держащая глубокое и серьезное обсуждение проблем социальной экс-

тремологии, тех коренных сдвигов в мировидении, которые принесли

риски и катастрофы постиндустриальной эпохи.

По существу, экстремология «математизирует» хорошо извест-

ные законы диалектики: единства и борьбы противоположностей,

взаимного перехода количественных и качественных изменений, от-

рицания отрицания.

Как уже отмечалось, философия рассматривает отрицание как

всеобщую форму развития, которое осуществляется не по прямоли-

нейной «фазовой траектории», а по эллиптической спирали, когда

вновь достигается первоначальный исходный пункт, но на более вы-

сокой ступени. Отсюда «скачок» – фаза коренного изменения качест-

венного состояния. Новые условия и внутренние связи в системе ста-

новятся несовместимыми со старой формой их организации,

и последняя подвергается ломке. Скачок происходит в тех перелом-

ных пунктах, начиная с которых новые количественные изменениям

уже не могут быть в рамках старого качества и вызывают появление

нового. Продолжительность их разная: в одних случаях он происхо-

дит относительно быстро, в других – постепенно, медленно, распада-

ясь на множество качественных изменений меньшего масштаба.

Так, схему, в которую укладываются возможные практические

применения экстремологии, можно представить следующим образом.

Рассматривается математическая модель данной динамической сис-

темы (последней может быть тот или иной объект экономики, транс-

порта, даже «сплоченность» производственного коллектива или бое-

вого расчета). Ее можно представить как систему обыкновенных

дифференциальных уравнений первого порядка, разрешенных отно-

сительно производных (скоростей фазовых координат). Независимо

от того, описывается данная система дифференциальными уравне-