Риск-менеджмент в эпоху бифуркаций

Физика в формате «Социальная физика» все глубже вторгается в науки об обществе. На мой взгляд, наиболее полный анализ развития этого направления приведен в книге Ф. Болла «Критическая масса (как одни явления порождают другие)».

Апологеты социальной физики (СФ) полагают, что ее подходы и методы прежде всего дают лучшее понимание окружающего нас мира, взаимосвязанности всего на свете и важности взаимодействия людей.

С позиций риск-менеджмента это способствует повышению ответственности за наши действия в ситуациях неустойчивости и бифуркации, когда очень слабые возмущения, случайные ошибки, непродуманные действия могут вызвать катастрофические последствия.

Использование моделей социальной физики [15] позволяет прогнозировать неожиданные события, оценку возможности их предотвратить в принципе.

Существенно, что социальная физика не предлагает одного — единственного решения, она представляет спектр альтернатив постбифуркационного развития, выбор которого зачастую в нашей воле.

Так А. Пентленд в книге «Социальная физика» М. АСТ 2018 г. утверждает, что социофизика — это новая общественная наука, изучающая математическими методами влияние информационных потоков на поведении людей. Об этом в частности упоминает и Ф. Болл, предполагающий, что физические и математические методы вполне адекватно описывают некоторые особенности функционирования структуры социальных сетей и деловых контактов, а также позволяют оценивать общественные явления (а значит и риски) в рамках теории конфликтов и сотрудничества. В сущности, применение физических моделей предполагает совершенно новый подход к анализу общественных явлений. Традиционное «линейное» мышление заменяется нелинейным с положительными и отрицательными обратными связями, неизбежным на каких-то этапах хаосом, случайностями, внезапно образующимися и внезапно распадающимися структурами, отражения реальной жизни.

Наиболее интересно, на мой взгляд теплофизика, утверждение, что центральной проблемой социальной физики являются фазовые переходы.

Именно таким переходам соответствуют неожиданные и резкие изменения в социальной сфере.

Что касается сферы реальной физики и ее крупного направления — неравновесной газотермодинамики, то это проявляется наиболее ярко в процессах спонтанной конденсации перенасыщенного пара. Теория и методы экспериментального и вычислительного эксперимента фазовых переходов — такого типа представлены в монографиях11-12. В работе автора на примере исследования процессов неравновесной спонтанной конденсации «скачки конденсации» в сверхзвуковых соплах показано, что эта теория и методология может успешно использоваться при анализе скачкообразных фазовых переходов и в неустойчивой социосреде.

Фазовые переходы в социальной сфере вовсе не сводятся к удобной аналогии резких трансформаций, а действительно описывают процессы в общественной жизни. Физическая теория может быть эффективно использована для описания, понимания и механизмов таких процессов. Это убедительно показано на конкретных примерах радикальных изменений в СССР — России 90-х годов в работе автора «Газотермодинамика в Новой России», М. 2021 г.

Характерной особенностью фазовых переходов является то, что они происходят сразу во всей системе. Такие резкие глобальные изменения поведения системы происходят после достижения при ее развитии некоторого порогового значения. (Так при расширении пара в сверхзвуковых соплах при достижении предельного перенасыщения происходит резкий фазовый переход с возникновением т. н. «скачков конденсации»).

В монографии [15] рассматриваются самые разнообразные социальные процессы, напоминающие неравновесные фазовые переходы. Один из интереснейших примеров т. н. «газокинетическое» компьютерное моделирование пешеходного движения для изучения неконтролируемого поведения толпы. В виртуальных экспериментах разыгрывались различные ситуации (имитация пожаров, других случаев возникновения неожиданных опасностей).

Частицы («пиплоиды») размещались в помещениях с одним и очень узким выходом в одной из стен и неожиданно подвергались грозной «опасности, которая надвигалась с противоположной стороны. При скорости бегущих к выходу «пи- плоидов», превышающей некоторую критическую, происходит резкое замедление движения системы в целом, что по представлению разработчиков модели очень напоминает неравновесной фазовый переход («закупорка» выхода).

При дальнейшем росте скорости частиц в модель дополнительно вводилась вероятность травмы «пиплоида» из-за повышения плотности толпы, скапливающейся у спасительного выхода. При этом риск опасности травматизма (ущерба) возрастает. Отмечается, что результаты такого моделирования могут практически использоваться при проектировании систем эвакуации людей из крупных объектов и помещений.

Пример из близкой мне атомной энергетики, аналогичный фазовому переходу в неустойчивой нелинейной системе. Проект АЭС Ханхикиви, Финляндия. Разрушение метастабильного состояния (оно в процессе формирования проекта явно прослеживалось). Достижение критического перенасыщения, мощные флуктуации в плане общей санкционной политики «Коллективного Запада», быстрое разрушение метастабильного состояния — разрыв контракта и проекта (бифуркация).

Полагаю, что в руководстве корпорации такие риски были рассчитаны, и главное — подготовлены постбифуркационные альтернативные сценарии. В данном случае использование моделей типа СРМ (Criticalpathmethodmodel) можно трактовать как пилотную отработку критической ситуации возможно даже с большим не только финансовым, но и стратегическим геополитическим эффектом, (пример: проект АЭС Эль-Дабаа в Египте, с маневренным реактором ВВЭР-1200).

Итак, неучет нелинейности в риск-менеджменте — большой риск (простите за тавтологию).

Социальная физика — один из инструментариев и возможностей на базе физики реально более внятно актуализировать управление рисками. Особенно в эпоху бифуркаций, в которой мы сейчас пребываем.

2.2 Методы синергии или порядок через Хаос

Синергетика — мощное звонкое «Энергетическое» слово. Для представителей СМИ это некое умножающее воздействие (типа 2 + 2 > 5). Для задач данной работы — это возможность использования синергетических подходов в близких мне областях: неравновесная термогазодинамика, спонтанная конденсация и фазовые переходы, численное моделирование неустойчивых нелинейных систем.

Апологеты полагают, что синергетика не образ мира, но образ размышления о нем.

Родоначальники этого направления Г. Хаген и Илья Пригожин (хотя последний избегал употреблять этот термин) совершили, пожалуй, главное — формирование нового подхода: применение физических моделей к анализу общественных явлений. Традиционное «линейное» мышление заменяется нелинейным с положительными и отрицательными обратными связями, с неизбежными на каких-то этапах Хаосом и бифуркациями, с внезапно образующимися и столь же внезапно распадающимися структурами, (пример 1991 г. — ГКЧП и распад СССР).

Основные принципы синергетики, используемые в предлагаемом исследовании:

Неравновесность является необходимым условием появления нового порядка, т. е. развития.

Общее для эволюционирующих систем: фазовые переходы и спонтанное образование новых структур, возникновение новых свойств системы, этапы самоорганизации и фиксации новых качеств системы.

Развивающиеся системы всегда открыты и обмениваются внешней средой, за счет чего и происходят процессы локальной упорядоченности и самоорганизации. В этом случае используется понятия — диссипативные структуры.

Образование новых типов структур указывает на переход детерминированного хаоса к организации и порядку.

Приоритетно важно, что основателем исследований в области физической химии был Илья Пригожин, за что был удостоен Нобелевской премии, 1977 г. Именно на основе этих работ создано направление «Самоорганизация неравновесных систем».

Важным и конкретно перспективным представляется полезность синергетических подходов и их возможность при реализации методов математического моделирования. Подобные модели были разработаны российскими учеными: А. Самарским, С. Курдюмовым и Г. Малинецким применительно к физике плазмы, процессов горения и другим трудно формализуемым объектам.

Итак, синергетика — трансдисциплинарное направление в науке. Закономерны в этой связи попытки использования этих подходов к актуализации риск-менеджмента, особенно в условиях явной неустойчивости, неравновесности, бифуркаций.

Очевидно, что направление «риск-менеджмент» наиболее характерно отражает аспекты междисциплинарности: информационно-коммуникационные технологии, экономика, логистика, погружение в суть технологических проблем таких многовидовых структур, как атомная энергетика, владение методами математического моделирования и численного эксперимента для адекватной оценки и прогнозирования рисков и их последствий.

В реальной текущей ситуации бифуркационных событий риск-менеджмент должен реализовываться в условиях: «Порядок через хаос», с учетом открытости систем, их неравновесности и способности к самоорганизации.

Освоение, осмысление и эффективное использование нового концептуального понятийного аппарата, анализ наиболее перспективных и конкретных методов и подходов к актуализации проблем риск-менеджмента — вот одна из задач этого краткого анализа новых трансдисциплинарных направлений.

Автор уверен, что использование хорошо разработанных естественнонаучных подходов при решении социогуманитар- ных и задач геополитических проблем — необходимый и эффективный тренд. В том числе и при конкретизации и актуализации направления: оценка, прогнозирование и управление рисками.

2.3 Методы термодинамики и самоорганизации неравновесных систем

2.3.1 Интрига спонтанности

«Одно из самых поразительных явлений и наиболее интригующая из проблем, с которыми сталкиваются ученые — это спонтанное образование высоко упорядоченных структур из зародышей или даже из хаоса. Герман Хаген. «Синергетика». Предисловие к первому изданию. 1976 г.

«Материя имеет способность к спонтанной организации». Илья Пригожин. «Самоорганизация в неравновесных системах» М. Мир. 1979 г.

«Физическая газодинамика релаксирующих систем, одним из интереснейших и сложнейших проблем которой являются процессы спонтанной конденсации и скачкообразная перестройка неравновесной метастабильной системы в новую структуру». Г. Салтанов. Сверхзвуковые двухфазные течения. Минск. 1972 г.

Удивительное совпадение по времени развиваемых идей, реализовавшихся в последствии в большом количестве монографий и публикаций, признанных научным сообществом в качестве новых трансдисциплинарных направлений.

Развитие теории неравновесных и нестационарных процессов представлено в следующей монографии Г. Салтанова «Неравновесные и нестационарные процессы в газодинамике. М., Наука, 1979 г. На основе эффектов в самоорганизации были рассмотрены и смоделированы разнообразные физико-химические процессы: гетерогенная спонтанная конденсация (с воздействием на метастабильность внешних влияний), диссоциация и рекомбинация в нестационарных ударных волнах, колебательная

релаксация и инверсия заселенности для моделирования газодинамических лазеров (ГДЛ) с постоянным или импульсным подводом энергии и др.

Полагаю, что эти направления являются приоритетом отечественных разработок (школа М. Дейча, Г. Филиппова), что было неоднократно признано и в зарубежных публикациях и конференциях (Германия, Франция, США, Великобритания и др.).

Теперь о близком мне по идеологии и решениям, автору теории самоорганизации нелинейных динамических систем — Илье Пригожину, «любителю фазовых переходов».

Демонстрация его перехода от статистической теории неравновесных систем, уравнений гидрогазодинамики химически реагирующих систем к обобщению в формате парадигмы «Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой» — это впечатляет!

Мне, увлеченному физическим и численным исследованием такого удивительно интересного явления как «спонтанная конденсация» в те годы и в голову не пришло провести аналогии с похожими фазовыми переходами от хаоса неустойчивости (метастабильности) неравновесной системы (перенасыщенного пара) к новому порядку самоорганизации не только физической, но и социальной системы. (Возможно поэтому за эти циклы работ И. Пригожин получил Нобелевскую премию, а я — Государственную).

Такая аналогия была продемонстрирована много лет спустя на примере супербифуркации в виде развала СССР, электроэнергетики и ее постбифуркационной самоорганизации. [9]

2.3.2 О параллельных курсах и фазовых переходах

Итак. Илья Пригожин, бельгийский физик и физикохимик российского происхождения, Лауреат Нобелевской премии 1977 года, 17 виконт Бельгии. Иностранный член Академии наук СССР (1982 г.).

Признанный научным сообществом основатель и исследователь сильно неравновесных термодинамических систем, характеризующихся фазовыми переходами и самоорганизацией под действием флуктуаций.

Впоследствии И. Пригожин продвигался в своих исследованиях от конкретной модели поведения сложных физико-химических систем к глубоким мировоззренческим обобщениям о смене научной парадигмы и переноса разработанных естественно-научных подходов на междисциплинарные проблемы.

По сути — Пригожин провозглашает новый альянс культур «Физиков и лириков», считая такой подход чрезвычайно перспективным, и я его активно использовал по теории аналогий при анализе социально-экономических трансформаций общества (см. Г. Салтанов. Газотермодинамика Новой России. М., 2021 г.)

«В наше время вещи изменяются со скоростью невиданной в истории человечества». И. Пригожин.

Да, сейчас время нестационарности, неравновесности, фазовых переходов — в общем — эпоха бифуркаций. Но и здесь И. Пригожин — неудержимый оптимист. В своем послании будущим поколениям от писал: «Я верю в возникновении таких необходимых флуктуаций, посредством которых те опасности, которые мы ощущаем сегодня, могли бы быть успешно преодолены». А было это где-то в 2002 г., и было это в Москве.

2.3.3 Риски метастабильности. Кейсы из собственных практик

«Одно из самых поразительных явлений, с которыми сталкиваются ученые, — это спонтанное образование высокопорядочных структур из зародышей…» Основатель Синергетики Г. Хаген.

Кейс 1. «Скачок конденсации», как эффект самоорганизации неравновесной системы.

Стародавний термин 60-х годов ХХвека. Яркое проявление нарушения метастабильностипри расширении влажного пара в сверхзвуковом сопле и сопровождающаяся скачкообразным фазовым переходом.

В случае расширения с соблюдением полного термодинамического равновесия сразу после пересечения линии насыщения должна начаться конденсация пара в количестве, соответствующем точкам изоэнтропы в равновесной области — диаграммы влажного пара.

Рис. 2. Спонтанная конденсация в сверхзвуковом сопле. Скачок конденсации. (опыты Г.А. Салтанова. 1964 г.).

В действительности при быстром расширении пара в двухфазную область наблюдается значительное запаздывание начала конденсации. Пар расширяется с переохлаждением, которое возрастает вниз по потоку до некоторого предельного переохлаждения. Далее метастабильность нарушается и перенасыщенная среда скачком переходит в новое состояние с потерей энергии и ростом энтропии системы.

При достижении предельного переохлаждения АТк скорость ядрообразования и конденсации растет лавинообразно, что и приводит к интенсивному выделению тепла, скачку давления и температуры и ударному переходу системы в новое состояние, которое может быть как стационарным, так и нестационарным (напоминает точку бифуркации).

Будем определять такие ситуации как кризисы.

В [8] на основании комплексных исследований выявлены различные типы кризисов метастабильности.

Кризис 1-го типа — стационарный «скачок конденсации» — фазовый переход из однофазного в двухфазное. Образуется, как правило, в сверхзвуковой области при достижении значения АТк, которое зависит от таких характеристик, как скорость расширения (скорость создания метастабильности), наличия инородных — введенных извне — центров конденсации, параметров пара на входе сопла.

Кризис 2-го типа — возникновение автоколебательного процесса. Характерен для особых — трансзвуковых — зон течения, т. е. зон перехода через скорость звука.

Механизмы воздействия на кризисы неравновесных процессов.

В [8] предложен и обоснован ряд способов и механизмов воздействия на кризисы такого типа в плане их смещения, локализации, подавления и минимизации последствий.

Влияние скорости расширения среды в зону метастабильности

Показано, что с ростом скорости расширения глубина зоны метастабильности увеличивается, ДТкр возрастает.

Кажущийся эффект стабилизации за счет смещения точки бифуркации (или фазового перехода).

При этом растет возможность флуктуаций. Чем больше ДТкр, тем серьезнее последствия нарушения метастабильности.

Внешние воздействия.

Введение инородных центров конденсации, приводящих к замедлению или полному исключению возможности создания зоны метастабильности, стабилизации процесса или полному подавлению кризисных явлений. При этом, даже малые дозы посторонних (введенных извне) центров конденсации могут играть доминирующую роль для процесса выхода системы из текущего метастабильного состояния. В терминах неравновесной термогазодинамики — это процесс течения с гетерогенной конденсацией. [6, 8] В плане социальной сферы — виды инородных центров (ино агенты) и последствия их введения могут быть разными: от стабилизации процесса до кризисного «взрыва» («цветная революция») — (пример Казахстан! 2 типа внешних воздействий: 1 — возмущение масс, «скачок конденсации», 2 — воздействие России — стабилизация).

На основе вышеприведенного анализа процессов неравновесной газотермодинамики напрашиваются определенные аналогии с процессами развития социума в условиях нестабильности с различными типами кризисных явлений. Это подтверждается и при анализе работ школы И. Пригожина, где отмечается наличие важных общих компонент в методологической структуре естественнонаучного и социального познания [4, 7]. Особое внимание обращается на рассмотрение поведения неравновесных систем вблизи точек бифуркаций.

При этом, как подчеркивает Пригожин, неизбежно напрашивается аналогия с социальными явлениями и даже с историей.

В аспекте термодинамической неравновесности можно использовать понятие бифуркации как период или момент в истории системы, когда она превращается из одной системной определенности в другую. Это точка критической неустойчивости развития, в которой система перестраивается, выбирает один из возможных путей дальнейшего развития, т. е. происходит некий фазовый переход. Периоды относительной стабильности (метастабильности) рассматриваются как некая база накопления разнообразия и дифференциации, трамплин для скачкообразного перехода в новое состояние системы.

В то же время метастабильность вовсе не эквивалентна нестабильности и может длиться довольно долго, если никто не примется вдруг «раскачивать лодку».

В [4] эти явления рассматриваются с позиций самоорганизации. Отмечается, что важнейшей общей чертой широкого класса процессов самоорганизации является потеря устойчивости и последующий переход к устойчивым диссипативным структурам. В определенной мере это соответствует процессам и кризисам при течениях с неравновесными фазовыми переходами, рассмотренными выше. Это потеря относительной устойчивости (метастабильности) вследствие достижения критического переохла-ждения (перенасыщения) потока пара, резкая активизация флуктуаций (скорости ядрообразования) и переход к новой устойчивой структуре (даже если она периодически нестационарна).

Возможные аналогии процессов и моделей метастабильности, нестационарности и кризисных явлений, рассмотренных в [9], с синергетическими моделями и методами анализа социально-экономического и политического развития страны в условиях локальной и глобальной нестабильности,(см. работы И. Пригожина, А. Самарского, С. Курдюмова, Л. Лескова, Г. Малинецкого)

Использование в обоих случаях понятий и моделей нелинейных неравновесных систем.

Базирование на понятиях метастабильности, флуктуаций, фазовых переходов, факторах мультипликативности при кризисных явлениях, бифуркациях.

Наличие схожих граничных условий и внешних воздействий на развитие или подавление неустойчивости и кризисных явлений.

Использование современных методов математического моделирования и вычислительного эксперимента на основе нелинейной динамики и статистической физики, газодинамики.

При этом в качестве инструментов используются системы нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных и эффективные разностные схемы их решения.

Математический аппарат синергетики скомбинирован из разных отраслей теоретической физики — неравновесной газотермодинамики, статистической физики, теории катастроф и др. Именно такой подход использовался в [8] при исследовании нестационарных неравновесных процессов газотермодинамики, что и позволило выявить и описать различные кризисные явления, кратко представленные выше.

2.3.4 Нелинейная динамика и метастабильность России

Рассмотрим в порядке научного эксперимента современное состояние и возможные пути социально-экономического и политического развития России в аспекте процессов, явлений и эффектов неравновесной газотермодинамики.

На основании проведенного выше анализа выделим следующие базовые позиции.

Будем исходить из того, что несмотря на глобальную нестабильность, ситуация в России в настоящий момент находится в относительно устойчивом, т. е. метастабильном состоянии.

Метастабильность такого типа чревата возможностью неуправляемого или управляемого перехода в новое состояние (аналоги — скачкообразная конденсация перенасыщенного пара).

В зависимости от внутренних и внешних условий такой (фазовый) переход может сопровождаться возникновением и развитием кризисов различного типа (скачкообразная трансформация системы с ростом энтропии и потерей энергии, автоколебательные процессы, провоцирующие мультипликативные эффекты и т. п.).

Существует чувствительность рассматриваемых процессов и состояний к пространственным граничным условиям (в газодинамическом плане — это геометрия сопла), месту нарушения метастабильности (точки бифуркации, другие особые точки — в газодинамике — это зоны перехода через скорость звука), внешним воздействиям (в неравновесной газотермодинамике это, например, принудительное введение в систему искусственных центров конденсации).

Существуют способы и механизмы управления неустойчивым состоянием системы, различные пути выхода из метастабильности с образованием новой устойчивой или квазиустойчивой структуры.

Наблюдаются аналогии в проявлении мультипликативных и резонансных эффектов. Так, например, в системах с неравновесными фазовыми переходами — возникновение интенсивных пульсаций ударных волн при течении в сверхзвуковых соплах с нерасчетным противодавлением при возникновении кризиса 2-го типа [8].

В социально-экономическом аспекте — это, например, введение внешних ограничений в виде санкций, активизация внутрисистемных центров дестабилизации метастабильного состояния системы при росте напряженности (в термодинамике — перенасыщения) и др. Отсюда возможность скачкообразного (кризисного) перехода в новое состояние, в том числе реализуемого в форме автоколебательного процесса (см. например, 30-летняя периодическая нестационарность Украины как аналог кризиса 2-го типа).

Отмечается важная для анализа метастабильных состояний и кризисных явлений роль особых точек, точек бифуркаций.