Универсальная наука сложности: самосогласованное понимание динамики биологических, экологических и разумных систем

Abstract

Основной вызов междисциплинарной проблемы описания поведения сложных систем состоит в том, возможно ли понимание систем высших уровней сложности, по крайней мере, с той же степенью объективной, «научной» строгости и универсальности, что и для «простых» систем в парадигме классической, ньютоновской науки. Задача сводится к проблеме произвольного взаимодействия многих тел (неразрешимой в стандартной теории). Здесь мы даём обзор её каузально полного решения, вытекающей из него универсальной концепции сложности и её применений. Обнаруженные ключевые свойства динамической многозначности и переплетения дают начало качественно новому типу математической структуры, представляющей собой точную копию поведения реальной системы. Эта расширенная математика сложности содержит истинно универсальное определение динамической сложности и случайности (хаоса), классификацию всех возможных динамических режимов и объединённый принцип динамики и эволюции любой системы, в виде универсальной симметрии сложности. Любая реальная система характеризуется ненулевым (и в действительности высоким) значением нередуцированной динамической сложности, определяющей, в частности, «таинственное» поведение квантовых систем и релятивистские эффекты, каузально объяснённые теперь как внутренне объединённые проявления сложной динамики взаимодействия. Наблюдаемые различия между разнообразнымы системами сводятся к разным режимам и уровням их нередуцированной динамической сложности. Мы кратко описываем применения универсальной концепции динамической сложности с акцентом на «истинно сложных» системах с высших уровней сложности (биологические и экологические системы, динамика мозга, интеллект и сознание, автономные информационные и коммуникационные системы) и показываем, что остро необходимый прогресс социальной и интеллектуальной структуры цивилизации неизбежно включает качественный переход к пониманию нередуцированной сложности (мы называем его «революцией сложности»). Он даёт новый тип знания, объединяющего внутреннюю междисциплинарность, универсальность, каузальную полноту и возможность строгого выражения в различных, универсально доступных формах.

Ãоловний виклик міждисциплінарної проблеми опису поведінки складних систем полягає в тім, чи можливе розуміння систем вищих рівнів складности, принаймні, з таким самим ступенем об’єктивної, «наукової» строгости та універсальности, що й для «простих» систем у парадигмі класичної, Ньютонової науки. Задача зводиться до проблеми довільної взаємодії багатьох тіл (нерозв’язній у стандартній теорії). Тут ми даємо огляд її каузально повного розв’язку, універсальної концепції складности, що випливає з нього, та її застосувань. Âинайдені ключові властивості динамічної багатозначности та сплетіння дають початок якісно новому типу математичної структури, яка являє точну копію поведінки реальної системи. Ця розширена математика складности містить у собі істинно універсальне визначення динамічної складности та випадковости (хаосу), класифікацію всіх можливих динамічних режимів та об’єднаний принцип динаміки й еволюції будь-якої системи у вигляді універсальної симетрії складности. Будь-яка реальна система має ненульове (та насправді високе) значення нередукованої динамічної складности, яка визначає зокрема, «таємничу» поведінку квантових систем та релятивістські ефекти, каузально пояснені тепер як внутрішньо об’єднані вияви складної динаміки взаємодії. Спостережувані відмінності між різноманітними системами зводяться до різних режимів і рівнів їх нередукованої динамічної складности. Ми стисло описуємо застосування універсальної концепції динамічної складности з акцентом на «істинно складних» системах з вищих рівнів складности (біологічні й екологічні системи, динаміка мозку, інтелект і свідомість, автономні інформаційні та комунікаційні системи) та показуємо, що вкрай необхідний проґрес соціальної та інтелектуальної структури цивілізації неминуче містить якісний перехід до розуміння нередукованої складности (ми звемо його «революцією складности»). Âін дає новий вид знання, який об’єднує внутрішню міждисциплінарність, універсальність, каузальну повноту та можливість точного вираження в різних, універсально доступних формах.

A major challenge of interdisciplinary description of complex system behaviour is whether real systems of higher complexity levels can be understood, at least, with the same degree of objective, ‘scientific’ rigour and universality as ‘simple’ systems of classical, Newtonian science paradigm. The problem is reduced to that of arbitrary, many-body interaction (unsolved in standard theory). Here, we review causally complete solution of it, the ensuing concept of complexity and applications. The discovered key properties of dynamic multivaluedness and entanglement give rise to a qualitatively new kind of mathematical structure providing the exact version of real system behaviour. The extended mathematics of complexity contains the truly definition of dynamic complexity, randomness (chaos), classification of all possible dynamic regimes, and the unifying principle of any system dynamics and evolu-tion, the universal symmetry of complexity. Every real system has a non-zero (and actually high) value of unreduced dynamic complexity determining, in particular, ‘mysterious’ behaviour of quantum systems and relativistic effects causally explained now as unified manifestations of complex interaction dynamics. Different regimes and levels of their unreduced dynamic complexity cause the observed differences between various systems. We outline applications of universal concept of dynamic complexity emphasising the case of ‘truly complex’ systems from higher complexity levels (ecological and living systems, brain operation, intelligence and consciousness, autonomic information and communication systems) and show that the urgently needed progress in social and intellectual structure of civilisation inevitably involves qualitative transition to unreduced complexity understanding (we call it ‘revolution of complexity’). It realises a new kind of knowledge combining intrinsic interdisciplinarity, universality, causal completeness, and possibility of rigorous expression in various, universally accessible forms.