Научные представления о динамической и статистической закономерностях

Становление современной научной картины мира можно представить как переход от преимущественно причинно-следственных моделей и анализа к преимущественно системным моделям и анализу.

Причинно-следственные модели являются весьма эффективным прогнозирующим средством. Так, основная проблема классической механики состояла в том, чтобы понять, описать и предсказать траектории (пути) движения материальных частиц под воздействием приложенных сил. Эти траектории, очевидно, имеют самый различный вид в зависимости от характера действующих сил.

В отличие от гадания, предсказания, пророчества и т.п., прогнозирование – научное исследование, которое основывается на выявлении закономерностей развития явления или события, когда известны причины его зарождения, формы функционирования и ход развития.

Прогнозирование – есть форма предвидения, связанная с предвидением направления развития явления в будущем посредством переноса на него представлений о том, как функционирует (или развивается) явление в настоящем. Предвидение может быть не связанным с научным исследованием, например, может быть простым предвосхищением (предчувствием, свойственным любому организму, – от растения или вируса до человека), предугадыванием, основанным на биологических и психофизиологических способностях, и собственно предвидением – человеческим представлением о будущей судьбе самого себя, своих качеств, своего окружения и ближайшей контактной микросреды.

Согласно традиционному представлению о реальности, основанном на классической ньютоновской физике, Вселенная состоит из материальных тел и пустоты. Научная революция, вызванная работами Галилея и Ньютона – классический пример того, как невообразимое нагромождение фактов обретает изящную простоту при использовании более адекватной математической модели. Основное достижение Ньютона состояло в рассмотрении планет как движущихся в пространстве материальных тел, которые подчиняются физическим законам движения и закону всемирного тяготения, открытым самим Ньютоном. Благодаря этому Ньютону удалось описать размеры и форму планетарных орбит, а также периоды обращения по ним планет. Результаты расчетов хорошо согласовались с данными наблюдениями. А самое главное заключается в том, что и законы движения Ньютона, и его закон всемирного тяготения математически очень просты. Но в совокупности они дают описание богатого и сложного разнообразия движений.

Как правильно понимать то, что мы считаем физическим законом? Когда физик говорит о законе, он имеет в виду некоторое ограничение на поведение определенного класса систем. Например, простой закон гласит: все брошенные бейсбольные мячи описывают параболические траектории. Этот закон можно проверить, наблюдая полеты большого числа бейсбольных мячей. Но закон не утверждает, что все траектории одинаковы. Если бы все мячи летели по одинаковым траекториям, то бейсбол оказался бы скучной игрой. Одни параболы плоские и стелятся низко, другие – крутые и взмывают высоко. И хотя все эти траектории принадлежат к одному и тому же классу кривых – к параболам, существует бесконечное разнообразие форм параболических кривых.

Что же определяет конкретную параболическую траекторию, по которой летит данный бейсбольный мяч? Именно в выборе траектории и проявляется искусство бейсболиста, так как ее форма зависит от того, с какой скоростью и под каким углом к горизонту брошен мяч. Эти два дополнительных параметра, называемые «начальными условиями», и следует задать для однозначного выбора траектории.

Таким образом, все богатство и сложность явлений реального мира можно описывать при помощи простых законов, поскольку существует бесконечное множество начальных условий, создающих разнообразие. Например, физические законы требуют, чтобы орбиты всех планет Солнечной системы были эллиптическими, но точная их форма и отношение длин большой и малой полуосей каждого эллипса их этих законов не следуют. Они определяются начальными условиями, которые нам неизвестны, так как зависят, в первую очередь, от условий формирования Солнечной системы. Те же самые законы описывают гиперболические траектории комет и даже сложные траектории космических кораблей. Таким образом, открытые Ньютоном простые математические законы служат основой поистине множества сложных явлений.

В классической физике изложение механики следовало строгому соблюдению причинности. Все детали движения каждой частицы были строго предопределены законами движения. Считалось, что движение непрерывно и строго определено действующими силами. Законы движения в прямом смысле воплощали в себе связь между причиной и следствием. Вселенная рассматривалась как гигантский часовой механизм, поведение которого строго регламентировано происходящим в данный момент. Именно вера в подобную всеобъемлющую и абсолютно строгую причинность побудила Пьера Лапласа утверждать, что сверхмощный калькулятор способен в принципе предвычислить на основе законов механики как историю, так и судьбу Вселенной. Согласно этой точке зрения, Вселенная обречена вечно следовать предписанному пути.

Квантовая физика разрушила методичную, но бесплодную лапласовскую схему. Физики убедились в том, что на атомном уровне материя и ее движение неопределенны и непредсказуемы. Частицы могут вести себя «сумасбродно», как бы сопротивляясь строго предписанным движениям, внезапно появляясь в самых неожиданных местах без видимых на то причин, а иногда возникая и исчезая «без предупреждения».

Квантовый мир не свободен полностью от причинности, однако она проявляется довольно нерешительно и неоднозначно. Например, если один атом в результате столкновения с другим атомом оказывается в возбужденном состоянии, он, как правило, быстро возвращается в состояние с наинизшей энергией, испуская при этом фотон. Возникновение фотона является, разумеется, следствием того, что атом перед этим перешел в возбужденное состояние. Мы можем с уверенностью сказать, что именно возбуждение привело к возникновению фотона, и в этом смысле связь причины и следствия сохраняется. Однако истинный момент возникновения фотона непредсказуем: атом может испустить его в любое мгновение. Физики в состоянии вычислить вероятное время появления фотона, но в каждом конкретном случае невозможно предсказать момент, когда это событие произойдет. Видимо, для характеристики подобной ситуации лучше всего сказать, что возбуждение атома не столько приводит к появлению фотона, сколько «подталкивает» его к этому.

Таким образом, квантовый микромир не опутан густой паутиной причинных взаимосвязей, но все же «прислушивается» к многочисленным ненавязчивым командам и предложениям. В старой ньютоновской схеме сила как бы обращалась к объекту с не допускающим возражения приказом: «Двигайся!». В квантовой физике взаимоотношения силы (причины) и объекта строятся скорее на приглашении, чем на приказе. Квантовая физика представляет собой область науки, в которой имеет смысл говорить о событии, происходящем без видимой причины.

Подобное можно наблюдать и в социальной сфере. Например, изменение мировоззрения, образа жизни. Американский социолог У. Огборн в 1922 г. предложил концепцию неравномерности развития различных сфер общества, так называемую теорию культурного лага (запаздывания). Согласно этой теории, изменения в экономике, технологии могут значительно опережать изменения в социокультурной сфере.

«Р. Дарендорф утверждал, что для проведения политических реформ достаточно 6 месяцев, экономические реформы можно осуществить за 6 лет, но процесс изменения менталитета, жизненных стилей может потребовать нескольких поколений»⁹².

Или, например, возникновение новой крупной, интенсивной войны наиболее вероятно через два поколения после последней масштабной и кровавой войны. «Небольшие, локальные военные конфликты в истории возникали настолько часто, насколько позволяли ресурсы и агрессивность хотя бы одной из сторон конфликта. Что же сдерживает социальные системы от слишком частых кровавых конфликтов? По мнению ряда ученых, основным сдерживающим фактором является социальная память. Знаменитый историк А. Тойнби обнаружил в истории, начиная с XVI века, 115-летний цикл войны и мира. В своем анализе он опирался на исследования американского политолога К. Райта, который выявил определенную периодичность возникновения крупных, интенсивных войн (период 50-60 лет).

Наличие периода длиной в два поколения Тойнби объяснил тем, что выжившее в войне поколение передает ощущение ужаса от войны своим детям. Однако когда военные истории рассказываются внукам, тяготы войны уже стираются из памяти и в рассказах делается упор на героические и величественные военные подвиги. Поэтому внуки вновь готовы к испытаниям и мечтают о военной славе … гипотезу о длительности социальной памяти в два поколения поддерживали многие ученые (Шумпетер, Форрестер). Казалось бы, эту гипотезу опровергает то, что вторая мировая война началась всего лишь через 20 лет после первой мировой. Сторонники данного подхода объясняют этот неудобный факт тем, что считают вторую мировую войну просто продолжением первой мировой, которая осталась какой-то незавершенной»⁹³. Тойнби выявил три цикла борьбы за мировое лидерство. В датировке циклов борьбы за мировое лидерство среди ученых нет единства, как нет единства в прогнозировании очередного конфликта за мировое лидерство. Одни ученые считают, что фаза системных войн может начаться в 2030 г., причем основным соперником США вместо СССР будет скорее всего Китай или Индия. «Более пессимистичен прогноз американского ученого Дж. Гольдстайна. По его мнению, мировая война может начаться ранее 2020 года. Американский политолог в 1987 г. опубликовал работу, в которой разработал концепцию длинных волн, порождаемых войнами, их последствиями и подготовкой к ним. Проанализировав данные о войнах примерно за 500 лет, Гольдстайн обнаружил определенную периодичность, объясняемую им тем, что войны разрушают производство и производственные силы. Это заставляет государства сосредотачиваться на внутренних проблемах. По мере того как из памяти поколений стирается психологический эффект предыдущей войны, а производственный потенциал увеличивается, создаются предпосылки для новой борьбы за гегемонию»⁹⁴.

По мнению Гейнса, система характеризуется тем, что позволяет различать, что принадлежит ей, а что нет, и описывать взаимодействия с окружающей средой. То есть определяются входы и выходы системы и указывается, как повлияют на выходы системы те или иные воздействия на входах. Эти рассуждения делают понятным смысл другого лаконичного определения: система – это потенциальный источник данных. Такое определение предполагает введение следующей расширительной трактовки понятия эксперимента: эксперимент – это процесс извлечения данных из системы с помощью воздействия на ее входы. Таким образом, проводя эксперименты, мы собираем знания о системе, а моделирование становится процессом организации знания о данной системе.

Таким образом, системный подход в XX веке находит все больше сторонников в различных областях знания (физике, биологии, истории, социологии и др.).

Естественно, что, имея дело со сложной системой, важно понять возможность обращения к средним характеристикам и усредненным представлениям о тех процессах, которые в ней происходят. Поэтому успех исследования в значительной мере связан с репрезентативностью такого статистического подхода, при котором пропадают местные, индивидуальные характеристики системы и остаются только их эффективные значения.

Некоторые трудности связаны с тем, что при этом возникает впечатление о потере понимания причин происходящего, поскольку частные механизмы поглощены при их усреднении. С этим связаны и вопросы управления сложными взаимозависимыми системами, когда прямое вмешательство, основанное на частных факторах, не приводит к ожидаемому результату. Таких примеров множество, особенно при попытках управления обществом и страной, и происходит это в силу высокой сложности связей, которые возникают в больших нелинейных системах. Словом, «хотели как лучше, а получилось как всегда». Однако именно сложность системы допускает статистический подход к ее анализу.

В качестве примера статистического подхода приведем оценку средней температуры больных в больнице. Действительно, для каждого отдельного пациента такие сведения совершенно не нужны, обидны и даже оскорбительны. Но для главного врача повышение средней температуры может послужить важным сигналом об эпидемии, постигшей вверенную ему больницу. При таком подходе, естественно, сглаживаются все частные различия между больными, однако со все большей четкостью проступают общие закономерности развития.

Продолжим аналогию с больницей. Состояние конкретного больного определяется его температурой. Но и температура на уровне организма также является интегральной характеристикой здоровья. А эпидемиологическое состояние больницы может повлиять на решение о том, стоит ли обращаться туда за помощью или нет и объявлять ли главному врачу там карантин. Трудность восприятия такого анализа и в том, что при этом как бы отвлекаются от конкретных причин происходящего.

Когда микроскопическая (детальная) картина явлений очень сложна, то механистический редукционизм оказывается бессильным, чтобы в реальном, макроскопическом, масштабе охватить всю совокупность явлений. Методология механистического редукционизма основана на мысли, что, только поняв частные механизмы развития, можно затем перейти к описанию общего.

Методологические корни редукционизма лежат глубоко, их следует искать в успехе классической механики, когда, начиная с Ньютона, была продемонстрирована необыкновенная мощь и результативность такого подхода. Поэтому первая мысль исследователей общества состояла в том, чтобы повторить этот путь, найти общие законы развития общества и на этой основе управлять обществом подобно тому, как, зная законы небесной механики, можно не только вычислить движение планет, но и направить к ним космические ракеты.

Однако опыт физики показал, что существует и другой путь, когда ищутся законы, описывающие систему в целом. При развитии такого подхода, с одной стороны, следует определить предмет исследования и затем понять, какими статистически значимыми характеристиками его следует описывать.