Архитектон: известия вузов. №1 (33) Март, 2011

Теория архитектуры

ПРОГРАММЫ ЛОГИКИ САМООРГАНИЗАЦИИ ФОРМ И ИХ МУТАЦИЙ

УДК: 72.01
Шифр научной специальности: 85.110

Аннотация

Красота – это наивысшая степень целесообразности,
степень гармонического соответствия и
сочетания противоречивых элементов
во всяком устройстве, во всякой вещи, всяком организме...
Каждая красивая линия, форма, сочетание –
это целесообразное решение,
выработанное природой за миллионы лет
естественного отбора или найденное человеком в его поисках,
прекрасного, то есть наиболее правильного для данной вещи.
Красота и есть та выравнивающая хаос
общая закономерность, великая середина
в целесообразной универсальности…
И. А. Ефремов «Лезвие бритвы»

 

Современный научный подход на основе качественного использования математического моделирования объектов исследования позволяет выявить изоморфизм форм живого и неживого, общность процессов эволюции в природе, обществе и мышлении, некие универсальные принципы развития и самоорганизации мира. Если следовать духу синергетики, то оказывается возможным провести параллели между рисунками форм природы и рисунками мыслей и действий человека, другими словами, геометриями природы и геометриями человеческого мышления.

Математические модели и вычислительный эксперимент с использованием современной компьютерной техники позволяют проникнуть во внутреннее существо сложных процессов (моделируемых с помощью нелинейной динамики), определяемых борьбой двух противоположных начал: диссипативного – рассеивающего неоднородности в среде, и организующего – создающего разного рода неоднородности в результате воздействия внешних источников и стоков (что характерно для открытых диссипативных сред, социальных систем, живых организмов).

В этом случае строится своеобразный мир математических моделей, изоморфно отображающих существующую иерархию структур, взаимосвязей, функций исследуемых систем (явлений, процессов). При изучении объектов этого мира обнаруживаются новые свойства отображаемых систем, описываемых нелинейными функциями (и иными математическими объектами нелинейного анализа), такие как выделение самоподдерживающихся структур в результате локализации процессов в открытых диссипативных средах, определение спектров структур-аттракторов, как наиболее устойчивых образований, к которым эволюционируют процессы, нахождение способов резонансного возбуждения структур-аттракторов, выявление различных типов сверхбыстрого (катастрофического) развития процессов (так называемые режимы с обострением). Именно на основе анализа исследования построенных моделей осуществляется возможность идентификации открываемых свойств (присущих нелинейным моделям) наблюдаемым, но порой труднообъяснимым свойствам окружающего нас мира. Таким образом, открываются возможности для переосмысливания процессов организации и эволюции реальных систем, которые стали нам привычными.

Такой взгляд на мир приводит нас к постановке целой серии вопросов такого типа, как: имеет ли неживое память (влияет ли на протекающие сегодня в сложной структуре процессы ее «предыстория»); существует ли для сложной структуры внутренняя предрасположенность к определенным формам; каким образом природе удается найти наиболее устойчивые формы; как возникает в природе иерархичность устройства, порядка, функциональности, организации; как происходит переход от хаоса к устойчивому состоянию системы (в процессе ее самоорганизации)?

Существует множество типов структур, форм, конфигураций, однако «архитектура» живого отнюдь не произвольна. «Архитектура» живого связана, прежде всего, с движением и развитием (эволюцией) живого. Системы живого открыты и в высокой степени нелинейны, поэтому их ответ на влияние воздействия может быть многократно сильнее (или слабее) величины этого внешнего воздействия и вообще избирательным (качественно различным) в разных ситуациях. Следовательно, нелинейность накладывает определенные ограничения на типы структур живого. Даже сложные структуры строятся на некой общей основе. Можно сказать, что существует особый «архитектурный каркас», некий универсальный (для всех структур) «кирпич». Первичная кладка из этого универсального «кирпича» затем достраивается, организуется (переходит) в более сложные конгломераты множественным (но конечным) числом способов, по нескольким определенным алгоритмам. Сложные структуры имеют фрактальное (мультифрактальное, квазифрактальное) строение, универсальные «кирпичи» и целые блоки из них многократно повторяются в различных масштабах (на разных итерациях).

Следовательно, природа имеет внутренние предпочтения к определенным формам живого и неживого. Таким образом, только определенные наборы форм осуществимы в природных средах. Очевидно, на другие формы наложен эволюционный запрет, следовательно, они неустойчивы и очень быстро эволюционируют к устойчивым формам организации, т.е. «подчиняются» устойчивому состоянию системы, которая как бы «притягивает» к себе множество «траекторий» системы, определяемых различными начальными условиями.

Относительно устойчивые структуры, на которые неизбежно выходят процессы эволюции в открытых и нелинейных средах, называются аттракторами. Для исследования хаоса используются такие инструменты как аттракторы и фракталы.

К хаосу системы могут переходить разными путями. Среди последних выделяют бифуркации. Бифуркация представляет собой процесс качественного перехода от состояния равновесия к хаосу через последовательное очень малое изменение определенных параметров, то есть происходит катастрофический скачок, качественно изменяющий свойства системы. Заключительным состоянием физических эволюционирующих систем является состояние динамического хаоса. Состояние системы в момент бифуркации является крайне неустойчивым, и бесконечно малое воздействие может привести к выбору дальнейшего пути движения, а это является главным признаком хаотической системы. Фейгенбаум установил универсальные закономерности перехода к динамическому хаосу при удвоении периода, которые были экспериментально подтверждены для широкого класса механических, гидродинамических, химических и других систем. Фактически первый переход от стабильности к видимой форме упорядоченности (но уже изменчивости) происходит в первой точке бифуркации. Далее количество бифуркаций увеличивается, достигая огромных величин, что приводит к образованию хаоса. Поэтому с помощью теории бифуркаций можно предсказать характер эволюции сложных систем, возникающий при переходе системы в качественно иное состояние, а также оценить область существования стабильности устойчивость системы. Обнаружено, что на границе между конфликтами противоборствующих сил стоит не рождение хаотических структур, (а происходит возникновение самоорганизации), порядка более высокого уровня. При этом структура этой самоорганизации не статична, а постоянно изменяется. Можно заметить, что фрактальные структуры, установленные учеными, выступают неким пограничным образованием, позволяющим исследовать взаимосвязь явлений хаоса и порядка в макромире.

Рассматриваемые математические модели нелинейных открытых сред свидетельствуют, что открытая нелинейная среда (система) содержит в себе определенные формы организации. Следовательно, структуры-аттракторы пред-даны, т.е. потенциально заложены в среде (системе), определяются сугубо ее собственными нелинейными свойствами. Они определяют собственные тенденции развития процессов в системе.

Широко распространенные в природе нелинейные положительные обратные связи обуславливают развитие структур в режиме с обострением, что свидетельствует о том, что «время жизни» сложных структур ограниченно. Под режимами с обострением понимаются сверхбыстрые процессы, когда характерные величины (например, температура, энергия, концентрация, денежный капитал) неограниченно возрастают за конечное время, называемое временем обострения [3].

Если фактор, создающий неоднородности в среде (действие нелинейных объемных источников), работает сильнее, чем рассеивающий, диссипативный фактор, то возникают локализованные процессы, исходящиеся внутри области локализации волны (горения). Процесс развивается все более интенсивно во все более и более узкой области вблизи максимума. Это так называемый LS-режим с обострением, который в последний момент приводит систему к неустойчивости. Таким образом, сложная структура в природе и обществе существует только потому, что она существует конечное время. Сложное в мире может относительно долго существовать и развиваться, только подчиняясь закону циклов, проходя через кризисы, периодически опускаясь в хаос и выходя из него обновленным. Система периодически переключается на иной режим: HS-режим. Это режим снижения интенсивности. Законы ритма, циклической смены состояний универсальны.

Наблюдается непрерывный рост разнообразия, эволюция в направлении возникновения более сложных форм. Именно необратимые процессы указывают направление течения времени. Под влиянием внешних воздействий системы (неизолированные) могут переходить из одного равновесного состояния в другое, проходя через переходные состояния, не являющиеся равновесными. Такой переход будет обратимым, если его можно совершить в обратном направлении и при этом в окружающей среде не останется никаких изменений. Для необратимых процессов энтропия возрастает.

Неравновесность служит источником упорядоченности. Порядок можно отождествить с существованием общих, однотипных отношений в широком классе объектов, явлений.

Свойства неравновесной структуры:

1) система реагирует на внешние условия;
2) поведение случайно и не зависит от начальных условий, но зависит от предыстории;
3) приток энергии создает в системе порядок, и стало быть энтропия ее уменьшается (энтропия – мера внутренней неупорядоченности системы; в теории информации – мера неопределенности ситуации);
4) наличие бифуркации – переломной точки в развитии системы;
5) наличие когерентности: система ведет себя как единое целое (согласованное протекание во времени нескольких процессов, при суперпозиции либо усиливают друг друга, либо ослабляют).

Поведение системы существенно меняется в зависимости от состояния (области) равновесности или неравновесности, в которых может пребывать система. Для неравновесной области характерно:
1) система адаптируется к внешним условиям, изменяя свою структуру;
2) множественность стационарных состояний;
3) чувствительность к флуктуациям – небольшие влияния приводят к большим последствиям, внутренние флуктуации становятся большими (флуктуация – колебание, изменение, вызванное случайными воздействиями);
4) неравновесность – источник порядка (все части действуют согласованно) и сложности;
5) фундаментальная неопределенность поведения системы.

Изучение неравновесных состояний позволяет прийти к общим выводам относительно эволюции в неживой природе от хаоса к порядку. Эволюция должна удовлетворять трем требованиям:
1) необратимость, выражающаяся в нарушении симметрии между прошлым и будущим;
2) необходимость введения понятия «событие»;
3) некоторые события должны обладать способностью изменять ход эволюции.

Условия формирования новых структур:
1) открытость системы;
2) ее нахождение вдали от равновесия;
3) наличие флуктуаций.

Чем сложнее система, тем более многочисленны типы флуктуаций, угрожающих ее устойчивости. Но в сложных системах существуют связи между различными частями. От исхода конкуренции между устойчивостью, обеспечивающейся связью, и неустойчивостью из-за флуктуаций зависит порог устойчивости системы.

Превзойдя этот порог, система попадает в критическое состояние, называемое точкой бифуркации. В ней система становится неустойчивой относительно флуктуаций и может перейти к новой области устойчивости, т. е. к образованию нового вещества. Система как бы колеблется перед выбором одного из нескольких путей эволюции. Небольшая флуктуация может послужить в этой точке началом эволюции в совершенно новом направлении, которое резко изменит все ее поведение. Это и есть событие.

В точке бифуркации случайность подталкивает то, что остается от системы, на новый путь развития, а после того, как один из многих вариантов выбран, вновь вступает в силу детерминизм (объективная закономерность и причинная обусловленность явлений природы и общества) – и так до следующей точки бифуркации. В судьбе системы случайность и необходимость взаимно дополняют друг друга.

Большинство систем открыты – они обмениваются энергией или веществом, или информацией с окружающей средой. Открытые системы — это такие системы, которые поддерживаются в определенном состоянии за счет непрерывного притока извне вещества, энергии или информации. Главенствующую роль в окружающем мире играют не порядок, стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновесность, т. е. все системы непрестанно флуктуируют. В особой точке бифуркации флуктуация достигает такой силы, что организация системы не выдерживает и разрушается, и принципиально невозможно предсказать: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более дифференцированный и высокий уровень упорядоченности, который называется диссипативной структурой. Новые структуры называются диссипативными, потому что для их поддержания требуется больше энергии (информации), чем для поддержания более простых структур, на смену которым они приходят.

Диссипативные структуры существуют лишь постольку, поскольку система диссипирует (рассеивает) энергию и, следовательно, производит энтропию. Из энергии возникает порядок с увеличением общей энтропии. Таким образом, энтропия – не просто безостановочное соскальзывание системы к состоянию, лишенному какой бы то ни было организации, а при определенных условиях становится прародительницей порядка.

С одними и теми же граничными условиями оказываются совместимыми множество различных диссипативных структур. Это – следствие нелинейного характера сильно неравновесных ситуаций. Малые различия могут привести к крупномасштабным последствиям. Следовательно, граничные условия необходимы, но не достаточны для объяснения причин возникновения структуры. Необходимо учитывать также реальные процессы, приводящие к «выбору» одной из возможных структур. Именно поэтому (а также в силу некоторых других причин) приписывается таким системам определенная «автономность», или «самоорганизация».

Самоорганизация включает закономерное и случайное в развитии любых открытых систем: плавную эволюцию, ход которой закономерен и детерминирован, и случайный скачок в точке бифуркации, определяющий следующий закономерный этап развития.

Основу концепции развития процессов в природе составляют три положения: системность, динамизм и самоорганизация.

Системность означает упорядоченную, структурную организацию материи. Внешняя среда для любой подсистемы – материальная подсистема более крупного масштаба, с которой она обменивается энергией и веществом.

Для материальной системы любого масштаба характерен динамизм, означающий ее развитие, движение. В процессе развития способность систем к усложнению приводит к образованию упорядоченных структур – происходит самоорганизация систем. При этом действуют два взаимно противоположных механизма: объединение элементов системы и ее разделение (фракционирование), характерные для всех уровней сложности и упорядоченности материи, начиная от микромира и кончая крупномасштабными структурами Вселенной.

Для управления процессом развития любая система должна обладать способностью накапливать, хранить и передавать информацию, а это означает, что неотъемлемая часть самоорганизации – ее информативность.

Рассмотрим элементы «памяти» в процессах неживой природы. В процессах эволюции сложных структур прошлое не исчезает. Оно остается существовать в ином, более медленном темпомире. Возврат к прежним медленным процессам представляет собой в некотором смысле аналог подсознания в рассматриваемой модели мира. Аналогично подсознание человека является хранилищем всего того, что человек когда-либо видел, слышал, делал и знал. История системы влияет на ее поведение в настоящем.

Память – это информация о прошлом, содержащаяся в сложной эволюционной структуре. Память – это строительство по образцу, матричное дублирование, имеющее место в эволюционных процессах. Память – это не только осознание прежнего опыта, но и сама информация о прошлом, разлитая во Вселенной. В настоящее время архитектура, начиная с объектов, деталей и заканчивая пространством города в целом – это сложная система, обладающая синергетическими принципами, которые нельзя не учитывать при формировании городской среды и проектировании новых объектов внутри нее.

В концепции развития весьма важен вопрос соотношения случайного и закономерного. Эволюционные этапы развития вполне детерминированы. При эволюционном развитии поведение системы предсказуемо и даже управляемо при наличии необходимых средств управления. На завершающей стадии эволюции в точке бифуркации преобладает случайность. Особую роль играет случайность в самоорганизации на завершающей стадии эволюции. Именно случайность определяет возможность перехода системы в более упорядоченное состояние.

Необратимость изменений, которые присущи любому процессу эволюции и развития.

Открытые системы –  это системы необратимые, в них важным оказывается фактор времени. Подавляющее большинство реальных систем – открытые. Это значит, что они обмениваются энергией, веществом и информацией с окружающей средой. К такого рода системам относятся биологические и социальные системы, которые больше всего интересуют человека.

Человек всегда стремился постичь природу сложного, пытаясь ответить на вопросы: как ориентироваться в сложном и нестабильном мире? какова природа сложного и каковы законы его функционирования и развития? в какой степени предсказуемо поведение сложных систем?

Синергетика ориентирована на исследование принципов построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения. Синергетика открывает для точного, количественного, математического исследования такие стороны мира, как его нестабильность, многообразие путей изменения и развития, раскрывает условия существования и устойчивого развития сложных структур, позволяет моделировать катастрофические ситуации и т.п.

Методами синергетики было осуществлено моделирование многих сложных самоорганизующихся систем: от морфогенеза в биологии и некоторых аспектов функционирования мозга до флаттера крыла самолета, от молекулярной физики и автоколебательных процессов в химии до эволюции звезд и космологических процессов, от электронных приборов до формирования общественного мнения и демографических процессов. Основной вопрос синергетики –  существуют ли общие закономерности, управляющие возникновением самоорганизующихся систем, их структур и функций.

Г. Хакен определяет понятие самоорганизующейся системы следующим образом: «Мы называем систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную или функциональную структуру. Под специфическим внешним воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру или функционирование. В случае же самоорганизующихся систем испытывается извне неспецифическое воздействие» [4, С. 28-29].

Основные свойства самоорганизующихся систем –  открытость, нелинейность, диссипативность. Неравновесность, в свою очередь, порождает избирательность системы, ее необычные реакции на внешние воздействия среды.

Неравновесные системы имеют способность воспринимать различия во внешней среде и «учитывать» их в своем функционировании.

На нелинейные системы не распространяется принцип суперпозиции.

Процессы, происходящие в нелинейных системах, часто носят пороговый характер –  при плавном изменении внешних условий поведение системы изменяется скачком. Другими словами, в состояниях, далеких от равновесия, очень слабые возмущения могут усиливаться до гигантских волн, разрушающих сложившуюся структуру и способствующих ее радикальному качественному изменению.

Нелинейные системы, являясь неравновесными и открытыми, сами создают и поддерживают неоднородности в среде. В таких условиях между системой и средой могут иногда создаваться отношения обратной положительной связи, т.е система влияет на свою среду таким образом, что в среде вырабатываются некоторые условия, которые в свою очередь обусловливают изменения в самой этой системе (например, в ходе химической реакции или какого-то другого процесса вырабатывается фермент, присутствие которого стимулирует производство его самого). Последствия такого рода взаимодействия открытой системы и ее среды могут быть самыми неожиданными и необычными.

Открытые неравновесные системы, активно взаимодействующие с внешней средой, могут приобретать особое динамическое состояние – диссипативность, которую можно определить как качественно своеобразное макроскопическое проявление процессов, протекающих на микроуровне. Неравновесное протекание множества микропроцессов приобретает некоторую интегративную результирующую на макроуровне, которая качественно отличается от того, что происходит с каждым отдельным ее микроэлементом. Благодаря диссипативности в неравновесных системах могут спонтанно возникать новые типы структур, совершаться переходы от хаоса и беспорядка к порядку и организации, возникать новые динамические состояния материи.

Диссипативность проявляется в различных формах: в способности “забывать” детали некоторых внешних воздействий, в “естественном отборе” среди множества микропроцессов, разрушающем то, что не отвечает общей тенденции развития; в когерентности (согласованности) микропроцессов, устанавливающей их некий общий темп развития, и др.

Понятие диссипативности тесно связано с понятием параметров порядка. Самоорганизующиеся системы – это обычно очень сложные открытые системы, которые характеризуются огромным числом степеней свободы. Однако далеко не все степени свободы системы одинаково важны для ее функционирования. С течением времени в системе выделяется небольшое количество ведущих, определяющих степеней свободы, к которым “подстраиваются” остальные. Такие основные степени свободы системы получили название параметров порядка.

В процессе самоорганизации возникает множество новых свойств и состояний. Очень важно, что обычно соотношения, связывающие параметры порядка, намного проще, чем математические модели, детально описывающие всю новую систему. Это связано с тем, что параметры порядка отражают содержание оснований неравновесной системы. Поэтому задача определения параметров порядка – одна из важнейших при конкретном моделировании самоорганизующихся систем.

Закономерности самоорганизации

Главная идея синергетики – это идея о принципиальной возможности спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Решающим фактором самоорганизации является образование петли положительной обратной связи системы и среды. При этом система начинает самоорганизовываться и противостоит тенденции ее разрушения средой. Например, в химии такое явление называют автокатализом. В неорганической химии автокаталитические реакции довольно редки, но, как показали исследования последних десятилетий в области молекулярной биологии, петли положительной обратной связи (вместе с другими связями – взаимный катализ, отрицательная обратная связь и др.) составляют саму основу жизни.

Становление самоорганизации во многом определяется характером взаимодействия случайных и необходимых факторов системы и ее среды. Система самоорганизуется не гладко и просто, не неизбежно. Самоорганизация переживает и переломные моменты – точки бифуркации. Вблизи точек бифуркации в системах наблюдаются значительные флуктуации, роль случайных факторов резко возрастает.

В переломный момент самоорганизации принципиально неизвестно, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более высокий уровень упорядоченности и организации (фазовые переходы и диссипативные структуры – лазерные пучки, неустойчивости плазмы, флаттер, химические волны, структуры в жидкостях и др.). В точке бифуркации система как бы “колеблется” перед выбором того или иного пути организации, пути развития. В таком состоянии небольшая флуктуация (момент случайности) может послужить началом эволюции (организации) системы в некотором определенном (и часто неожиданном или просто маловероятном) направлении, одновременно отсекая при этом возможности развития в других направлениях.

Как выясняется, переход от Хаоса к Порядку вполне поддается математическому моделированию. И более того, в природе существует не так уж много универсальных моделей такого перехода. Качественные переходы в самых различных сферах действительности (в природе и обществе – его истории, экономике, демографических процессах, духовной культуре и др.) подчиняются подчас одному и тому же математическому сценарию [5].

Синергетика убедительно показывает, что даже в неорганической природе существуют классы систем, способных к самоорганизации. История развития природы – это история образования все более и более сложных нелинейных систем. Такие системы и обеспечивают всеобщую эволюцию природы на всех уровнях ее организации – от низших и простейших к высшим и сложнейшим (человек, общество, культура).

Принципы синергетики

Гомеостатичность. Гомеостаз это явление поддержания программы функционирования системы в некоторых рамках, позволяющих ей следовать к своей цели-аттрактору. В нашем понимании под системой может пониматься как отдельное городское сооружение, так и вся городская система в целом, тогда как аттрактором-целью является задача удовлетворения потребностей жителей города. Формирующие потери в городских средах – это, прежде всего, потери ресурсов, материальных, административных, информационных, но следует также принимать во внимание и психологический мотивационный ресурс, так называемый человеческий фактор.

Сложная пространственная организация города, количественно измеряемая дробной размерностью, проявляется в принципе синергетики как диссипатия формообразующих ее элементов. Говоря о дисперсии структуры городской среды, необходимо отметить, что отношения центра и периферии теряют свою однозначность и линейную иерархичность в зависимости от того, какой участок рассматривается, в каком масштабе и на предмет каких качеств. Городские модели по своей организации – мультифрактальны, что определяет свойство гибкости модели, отражающее возможность выбирать те слои, которые будут впоследствии объединены и связаны в соответствии с выбранным решением проблем экономического, экологического, планировочного и социального характера, что, несомненно, повысит архитектурно-художественные и эстетические параметры городского пространства, как его отдельных мест, так и в целом.

Таким образом, гомеостаз проявляется в возможности организовывать подборки из групп ключевых понятий, ограничивая/расширяя их спектр (по различным функциональным качествам). Сам процесс построения модели предполагает творческий подход, включает ассоциативную оценку присутствия ключевых понятий в среде (их смысл), проявление связей, различный характер соединения слоев. Поэтому свойство гибкости модели отражает неоднозначность оценки одного и того же фрагмента среды разными субъектами, а, следовательно, и результат работы не будет обусловлен какими-то жесткими правилами, зависит от задач, поставленных при создании модели, а также личного творчества архитектора. Однако справиться с обвальными информационными потоками и ценностным сдвигом невозможно без радикального изменения аттрактора, т.е. смены форм городских траекторий, иного содержания и методов организации городского пространства.

Иерархичность. Основным смыслом структурной иерархии является составная природа вышестоящих уровней по отношению к нижестоящим. Всякий раз элементы, связываясь в структуру, передают ей часть своих функций, степеней свободы, которые теперь выражаются от лица коллектива всей системы, как параметры порядка. Вышестоящий уровень управляет нижележащим, хотя сам и образован из его элементов (в этом заключается смысл так называемой круговой причинности в самоорганизующихся системах). Именно так иерархизирована любая административная система, в том числе и городская. Поэтому любые городские реформы «сверху» обречены, если они не адекватны целям нижележащих уровней, городских субъектов разного уровня. В противном случае цена администрирования может быть дороже выигрыша от ожидаемого результата. Например, все попытки сократить административный аппарат вызвал за последние тридцать лет лишь его увеличение.

Иерархический принцип организации проявляется в подчиненности отдельных элементов целому (здание – кварталу, фрагмент – сооружению, улица – району, район – городу), сложной пространственной форме, имеющей различные уровни пространственной организации в разных масштабах. Характерные черты силуэта данного города, представляющие его индивидуальность, определяются пространственной конфигурацией, внешним обликом и функциональностью элементов города. Рассматривая план города во все большем масштабе, можно видеть (открывать) новые подробности пространственной организации, транспортной сети, социального, архитектурно-художественного и эстетического характера. Меняя ракурс (точку обзора), поднимаясь на высоту, можно расширить объемное представление (вид) городского пространства (панораму города), отрыть новые видовые горизонты.

Иерархическая структура (организация) городского пространства может быть охарактеризована с помощью системы кластеров (кластер в градостроительстве представляет собой территориальное образование внутри мегаполиса, это относительно автономная единица, содержащая полный набор городских функций).

В городской административной системе наблюдается ослабление функций федеральных управляющих административных потоков в силу их неспособности реагировать на быстроменяющиеся социальные потребности, в то время как передача больших административных полномочий на городской или районный уровни позволяет оперативно решать многие проблемы, что оправдывает существование разнообразных форм управления и повышения социальной активности общественных сооружений.

Неустойчивость. Точки неустойчивости системы, в том числе и города, и есть самые эффективные состояния для управления ими. Выводя систему в неустойчивое состояние, мы лишаем ее адаптивных возможностей гомеостаза – отрицательных обратных связей, на преодоление которых теперь не надо тратить энергию управляющего воздействия. В городском пространстве это хорошо иллюстрирует метод проблемного обсуждения: новая идея рождается, когда участники находятся в неустойчивом состоянии хаоса сомнений и выбора при высоком мотивационном фоне. В этом суть генерации ценной информации.

Современная городская агломерация представляет собой многокомпонентную динамическую систему с интенсивными производственными, транспортными и культурными связями. Именно архитектурная деятельность (практика) вносит элемент упорядоченности в хаотичное развитие городской среды (принцип динамического хаоса).

Анализ закономерностей, определяющих хаотичное развитие городской среды, их учет в модели городского пространства выполняются на основе такого свойства как многослойность. Под слоями понимаются определенные аспекты (объекты) рассмотрения архитектурно-пространственной среды города, такие как транспортная сеть города, комбинирование в сложном ландшафте искусственного и природного, архитектурно-художественные и эстетические элементы и пр. Многослойность архитектурного пространства всегда связывается с чувственным (эмоциональным, эстетическим) и интеллектуальным (философским, духовным) восприятием. Полноценное восприятие городской среды (пространственный, физический, и психологический комфорт, возможность духовно ощущать среду) определяется наличием и гармоническим сочетанием различных слоев, отражающих многофункциональный комплекс составляющих городской инфраструктуры. Отсутствие (полное или частичное) любого из этих слоев порождает негативные эмоции людей, снижает ценность (субъективную оценку) города.

Нелинейность есть нарушение принципа суперпозиции в некотором явлении: результат действия суммы причин не равен сумме результатов отдельных причин. Кроме того, коллективные действия не сводятся к простой сумме индивидуальных независимых действий. В решаемой нами задаче взаимодействия городских учреждений разного уровня линейное управление возможно из единого центра при запрете коммуникации учреждений между собой – жесткое командное администрирование. Учет коллективных взаимодействий приводит к некоторым откликам на административные воздействия. Сетевые коммуникации создают собственные иерархические уровни, образуя второй контур самоуправления, живущий параллельно административным центрам, дополняющие их и, зачастую, более оперативные, чем последние.

Семантически каждый архитектурный объект образно окружен «многослойными оболочками» смыслов и значений. Целые зоны становятся своеобразными аттракторами (точками притяжения) внимания людей. На них «наслаиваются» личные воспоминания, настроения, эмоции, и они неизбежно приобретают своеобразную многоликость. Если объект принадлежит к исторической застройке, то разнообразие значений, связанных с ним, может стать новым источником для дальнейшего семантического определения (смыслового понимания) данного фрагмента среды. Экономическая зона определяет свое решение данного архитектурного пространства, модельное представление которого отражает специфические взаимосвязи, отношения деловой жизни.

Незамкнутость (открытость). Это означает, что иерархический уровень может развиваться, усложняться только при обмене энергией, информацией, веществом с другими уровнями. Именно внешние потоки и являются управляющими параметрами систем, изменяя их, мы проводим систему чередой перестроек – бифуркаций. Однако следует помнить, что в городских социальных системах внешнее и внутреннее иногда меняется местами, например, мотивационный ресурс является как внешним, так и внутренним, но в разных контекстах.

Вообще, всякая математическая модель есть некоторая абстракция, отражающая выбранные существенные свойства рассматриваемых реальных объектов, процессов (физических ситуаций). В результате процедуры выделения и формализации (выражение содержания изучаемого явления через знаковые формы – символы, знаки, термины, буквенные обозначения и др.) получают математическое описание явления, т.е. их математические модели, которые далее можно исследовать математическими методами как математическую задачу, математическую проблему. Формализация позволяет производить логические умозаключения (выводы), вычислительные операции, исследования структуры, обращаясь непосредственно со знаковыми формами (с формулами, геометрическими построениями, логическими суждениями), абстрагируясь от конкретного содержания явления.

Использование математических моделей (и результатов исследований этих моделей) происходит на основе их интерпретации в реальных ситуациях. При этом использование будет оправданным (правомерным) и эффективным, если модель будет достаточно адекватной, а полученные математические результаты практически реализуемы. Для понимания некоего данного явления (на основе его математического описания) математика вырабатывает, подобно обычному языку, метафоры (образные представления, позволяющие объяснить это явление), ставя ему в соответствие другое явление, более привычное или воспринимаемое как таковое [2].

Динамическая иерархичность (эмерджентность). Основной принцип прохождения системой точек бифуркаций, ее становления, рождения и гибели иерархических ровней. Этот принцип описывает возникновение нового качества системы по горизонтали, т.е. на одном уровне, когда медленное изменение управляющих параметров мегауровня приводит к бифуркации, неустойчивости системы на макроуровне и перестройке его структуры. В точке бифуркации коллективные переменные, параметры порядка макро уровня возвращают свои степени свободы в хаос микроуровня, растворяясь в нем. Затем в непосредственном процессе взаимодействия мега- и микроуровней рождаются новые параметры порядка обновленного макроуровня. Именно здесь происходит эволюционный отбор альтернатив развития макроуровня. Это ключевой принцип синергетики. В архитектурных пространствах он описывает инновационные механизмы и явления смены доминант, рождение коллективных проектов и новых стандартов и т. д.

Наблюдаемость. Основной эпистемологический принцип синергетики. Нарушение этого принципа предполагает неадекватное описание и понимание системы, возможно, неправильную коммуникацию между уровнями системы и репликатором и уровнями и т.д. Нарушение принципа наблюдаемости весьма критично для выбора правильной модели и диалога с системой.

Природа выработала в результате эволюции определенные механизмы, которые в простых нелинейных средах преднамеренно воссоздаются путем резонансных воздействий на открытую нелинейную среду. Надо правильно «упаковывать» среду , т.е. производить малые воздействия на нужное время и в нужном месте. Надо правильно пространственно распределять эти воздействия. Важна не сила (величина, длительность, всеохватность и т. п.) управляющего воздействия. А его «архитектура», пространственная конфигурация, топология, в частности, пространственная симметрия. Если воздействовать на среду конфигурационно согласованно с ее собственными структурами, то она будет развертывать перед нами скрытые в ней разнообразные формы. Будет происходить самоорганизация, раскрытие сокровенного. Реализация потенциального.

Библиография

1. Петухов С.В. Геометрия живой природы и алгоритмы самоорганизации / С.В. Петухов. – М.: Знание, 1988.

2. Бульенков Н.А. О возможной роли гидратации как ведущего интеграционного фактора в организации биосистем на различных уровнях их иерархии / Н.А. Бульенков // Биофизика. – 1991. – Т.36. – Вып. 2. – С.181-243.

3. Режимы с обострением. Эволюция идеи: Законы коэволюциисложных структур. – М.: Наука, 1999. – 255 с.

4. Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам / Г. Хакен. – М., 1991. – С. 28-29.

5. Капица С.П. Синергетика и прогнозы будущего / С.П. Капица, С.П. Курдюмов, Г.Г. Малинецкий. – М., 1997.

Ссылка для цитирования статьи

Бабич В.Н. ПРОГРАММЫ ЛОГИКИ САМООРГАНИЗАЦИИ ФОРМ И ИХ МУТАЦИЙ [Электронный ресурс] /В.Н. Бабич, А.Г. Кремлёв, Л.П. Холодова //Архитектон: известия вузов. – 2011. – №1(33). – URL: http://archvuz.ru/2011_1/1 

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons "Attrubution-ShareALike" ("Атрибуция - на тех же условиях"). 4.0 Всемирная