Как работает природа. Теория самоорганизованной критичности

Пер Бак

Серия: Синергетика: от прошлого к будущему

Зачем нужна теория сложных систем? И как это автор осмелился дать книге такое громкое название: «Как работает природа»? Ответ прост и лаконичен — в отличие от других теорий, описывающих те или иные отдельные сложные системы, самоорганизованная критичность — первая общая теория сложных систем, базирующаяся на прочном математическом фундаменте.

Пер Бак является первооткрывателем самоорганизованной критичности — концепции, которая набирает все больший вес в современной науке. Оказывается, что многие никак не связанные, на первый взгляд, друг с другом явления — от формирования ландшафта до эволюционных процессов, от деятельности нервной системы до экономического поведения — имеют ряд общих свойств. Такие свойства принято называть эмерджентными. Взмах «волшебной палочки» теории самоорганизованной критичности осветил все это многообразие и позволил увидеть внутреннее единство. В чем оно проявляется? Во-первых, в свойстве прерывистого равновесия: долгие периоды относительного покоя время от времени прерываются катастрофами («лавинами») различных масштабов. Это может быть как сход лавины в буквальном смысле слова, так и разнообразные кризисные явления — массовые вымирания видов, обвалы и ралли курсов акций, солнечные вспышки или появление и исчезновение структур в клеточных автоматах. Во-вторых, в степенных законах: соотношения между размерами лавин могут быть описаны простой экспоненциальной формулой. Не требуется никаких специальных теорий для масштабных событий — одни и те же силы отвечают как за текущее снижение индекса Доу-Джонса на 5 пунктов, так и за «черный понедельник» 1987 года. В-третьих, фрактальной геометрии: самоподобие присуще системе на любых масштабах. И наконец, в характерном 1/f-шуме, когда при развитии системы во времени запись ее эволюции также является фрактальной.

Эти черты настолько схожи, что, как пишет автор, «это заставляет задуматься: не есть ли все это проявления одного принципа? Может быть, здесь есть некий аналог ньютоновского закона, свое F = та сложного поведения?» Пер Бак убедительно показывает, что самоорганизованная критичность — спонтанная эволюция систем к критическому состоянию — и является ключом к пониманию этого единого принципа.

Эта научно-популярная книга открывает захватывающий вид на горизонты завтрашней науки; она уникальна по той целостной картине, которую она создает у читателя, дает путеводную нить и набор базовых моделей, которые помогают понять происходящее и предлагают инструменты для его описания, а также помогает переосмыслить понимание многих событий и явлений окружающего мира.