Синергетика теорія самоорганізації

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

за курсом концепцій
сучасного природознавства
Тема: «Синергетика - теорія самоорганізації»

План:
1. Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... .. ... ... 2
2. Основна частина.
2.1 Ключові положення синергетики ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 5
2.2 Синергетика і синергетики ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 14
2.3 Шляхи формування синергетики ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 16
3. Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... 20
Словник термінів ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... 22
Бібліографічний список ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... 24

Введення
Синергетика - сучасна теорія систем, що самоорганізуються, заснована на принципах цілісності світу, спільності закономірностей розвитку всіх рівнів матеріальної і духовної організації; нелінійності (багатоваріантності, альтернативності) і незворотності, глибинної взаємозв'язку хаосу і порядку, випадковості і необхідності.
Чому ціле може мати властивості, якими не володіє жодна з його частин? У чому людина бачить складність навколишнього його світу? Чому, знаючи фундаментальні фізичні закони, ми не можемо передбачати поведінку найпростіших біологічних об'єктів? Як узгодити наступну з класичної термодинаміки тенденцію до встановлення рівноваги з переходом від простого до складного, від нижчого до вищого, який ми бачимо в ході біологічної еволюції?
Перелічені питання ще зовсім недавно можна було б сміливо назвати загальфілософських і віднести до тієї науці, які представляє собою вчення про загальні принципи перебування людини в світі, взаємодії людини зі світом і його перетворення - а наукою цієї є філософія.
І, насправді, не більше як півтора десятиліття тому ці питання фахівці відносили до компетенції філософії. Зараз же вони встають у конкретному контексті фізичних, хімічних, біологічних завдань. У їх вирішенні все більше допомагає теорія самоорганізації, або синергетика (від грецького synergeia - спільна дія).
Чому, проте, філософські питання раптом стали предметом розгляду теорії синергетики і чому в цьому виникла необхідність?
Що стало причиною виникнення науки самоорганізації, які причини привели до виникнення цієї науки, чим відрізняється погляд на світ цієї науки від уявлень, вироблених раніше? Спробуємо відповісти на ці питання.
Очевидно, що системи, що існують у природі, безумовно, не схожі на ті, які створені людиною і істотно відрізняються від них.
Для систем, що існують в природному середовищі, характерні стійкість відносно зовнішніх впливів, можливість до самоусложненію, розвитку, зростанню, самообновляемость і узгодженість всіх складових частин. Для систем ж, є творінням рук людських, властиві такі риси, як різке погіршення функціонування навіть при порівняно невеликій зміні зовнішніх впливів або помилки в управлінні.
При цьому сам собою напрошується висновок: треба запозичити досвід побудови організації, накопичений природою, і використовувати його в нашій діяльності. Звідси випливає одна із завдань синергетики: з'ясування законів побудови організації, виникнення упорядкованості. На відміну від кібернетики тут акцент робиться не на процесах управління та обміну інформацією, а на принципах побудови організації, її виникнення, розвиток і самоусложненіі.
При вирішенні завдань в самих різних областях від фізики і хімії до економіки та екології, створення і збереження організації, формування впорядкованості є або метою діяльності, або її важливим етапом. Покажемо це на наступних прикладах.
Перший - завдання, пов'язані з керованим термоядерним синтезом. У більшості проектів найважливіший момент - створення необхідної просторової або просторово-часової впорядкованості.
Інший приклад - формування наукових колективів, де активна творча робота більшості співробітників повинна поєднуватися з можливістю спільно вирішувати великі завдання. Такий колектив повинен бути стійкий і швидко реагувати на все нове. Яка ж оптимальна організація, що дозволяє домагатися цього?
Дане питання особливо гостро стоїть при дослідженнях таких глобальних проблем, як енергетичні, екологічні та багато інших проблем, які вимагають залучення величезних ресурсів. І тут немає можливості шукати відповідь методом проб і помилок, а «нав'язати» системі необхідну поведінку дуже важко. Набагато розумніше діяти, спираючись на знання внутрішніх властивостей системи, законів її розвитку. У такій ситуації значення законів самоорганізації, формування впорядкованості у біологічних, фізичних та інших системах важко переоцінити.
Ще однією причиною, що обумовила створення синергетики, є необхідність при вирішенні ряду задач науки і техніки аналізувати складні процеси різної природи, використовуючи при цьому нові математичні методи.
Класична математична фізика (наука про дослідження математичних моделей фізики) мало справу з лінійними рівняннями. Формально це рівняння, в які невідомі входять тільки в першому ступені. А реально вони описують процеси, що йдуть однаково при різних зовнішніх впливах. З
збільшенням інтенсивності впливу зміни залишаються кількісними, нових якостей не виникає.
Однак вченим все частіше доводиться мати справу з явищами, де більш інтенсивні зовнішні впливи приводять до якісно нової поведінки системи. Тут потрібні нелінійні математичні моделі. Їх аналіз - справа набагато більш складне, але при вирішенні багатьох завдань він необхідний.
Це призводить до формування широкого фронту досліджень нелінійних явищ, до спроб створити загальні підходи, застосовні до багатьох систем. Саме такі підходи і застосовуються в синергетики.
Метою даного реферату є приведення найбільш точного визначення поняття «синергетика», виділення ключових положень і ідей цієї теорії, виклад основних поглядів синергетіків, а також розгляд шляхів формування синергетики як науки.

1. Основна частина.
1.1. Ключові положення синергетики.

Питання про виникнення з простого складного вважається в науці одним з найскладніших. Лише у другій половині XX ст. наука стала освоювати складні системи теоретично. У зв'язку з цим з'явилася особлива наука, синергетика, теорія самоорганізації складних систем. Слово «синергетика» давньогрецького походження, в перекладі на російську мову означає «співпраця, спільна дія».

Як видно, лінгвістичний зміст слів різний, але їх концептуальний сенс однаковий, тому що синергетика - новий напрям міждисциплінарних досліджень, предметом яких є процеси самоорганізації у відкритих системах хімічної, біологічної, фізичної, екологічної та іншої природи.

Термін «синергетика» ввів у науковий обіг англійський фізіолог Ч.С. Шеррингтон більше ста років тому. Пріоритет у розробці системи понять, що описують механізми самоорганізації, взаімоподобние процеси розвитку у світі, належить німецькому фізику Г. Хакен («Синергетика. Ієрархія нестійкостей в самоорганізованих системах та пристроях»), бельгійському вченому російського походження, лауреатові Нобелівської премії І. Пригожиним («Самоорганізація в нерівноважних системах »,« Філософія нестабільності »тощо), російським ученим С.П. Курдюмова, М.В. Волькенштейна, Ю.А. Урманцеву та ін Запропонований Г. Хакеном, цей термін акцентує увагу на узгодженості взаємодії частин при утворенні структури як єдиного цілого.

Розглянемо особливість синергетики як науки. На відміну від більшості нових наук, що виникали, як правило, на стику двох раніше існували і характеризуються проникненням методу однієї науки в предметі інший, синергетика виникає, спираючись не на граничні, а на внутрішні точки різних наук, з якими вона має ненульові перетину: у досліджуваних синергетикою системах, режимах і станах фізик, біолог, хімік і математик бачать свій матеріал, і кожен з них, застосовуючи методи своєї науки, збагачує загальний запас ідей і методів даної науки.

          Цю особливість синергетики докладно охарактеризував Хакен: «Дана конференція, як і всі попередні, показала, що між поведінкою абсолютно різних систем, що вивчаються різними науками, існують воістину дивні аналоги. З цієї точки зору дана конференція є ще одним прикладом існування нової галузі науки - Синергетики. Зрозуміло, Синергетика існує не сама по собі, а пов'язана з іншими науками принаймні двояко.
По-перше, досліджувані синергетикою системи відносяться до компетенції різних наук. По-друге, інші науки привносять в синергетики свої ідеї »*.
Отже, синергетика як наука робить перші кроки, і існує відразу не в одному, а в декількох варіантах, що відрізняються не тільки назвами, але і ступенем спільності і акцентами в інтересах.
Коли Г. Хакена як одного із засновників синергетики попросили назвати ключові положення синергетики, то він перерахував їх у наступному порядку:
1. «Досліджувані системи складаються з кількох чи багатьох однакових або різнорідних частин, які знаходяться у взаємодії один з одним.
2. Ці системи є нелінійними.
3. При розгляді фізичних, хімічних і біологічних систем мова йде про відкриті системах, далеких від теплової рівноваги.
4. Ці системи схильні внутрішнім і зовнішнім коливанням.
5. Системи можуть стати нестабільними.
6. Відбуваються якісні зміни.
7. У цих системах виявляються емерджентні (тобто знову виниклі) нові якості.
8. Виникають просторові, тимчасові, просторово-часові або функціональні структури.
9. Структури можуть бути впорядкованими або хаотичними.
10.Во багатьох випадках можлива математизація »**.
* Chaos and order in nature / Ed. by H. Haken. B. etc. 1980.
** Інтерв'ю з професором Г. Хакеном / / Питання філософії. 2000. № 3.
У наведених вище десяти положеннях Хакен дійсно вдалося в дуже лаконічній формі висловити основний зміст синергетики. Для повноти картини розглянемо цей зміст.
Хакен насамперед підкреслює, що частини систем взаємодіють один з одним. Він виділяє витоки, які призводять до утворення нових систем. Зазвичай міркують так: складне виникає з простого, але ж це незбагненно. Хаос є хаос, він ніяк не може перетворитися в порядок. Логіка Хакена йде в іншому напрямку. Основоположний системний фактор полягає не в хаотичності, а у взаємодії, у динаміці.
Динаміка не чужа навіть хаосу. А раз так, то цілком можливо, що в хаосі народжується порядок, впорядкованість. Це дійсно має місце. Багатьом упорядкування хаосу, його самоорганізація здається чимось дивовижним. Їм важко зрозуміти, що хаос не позбавлений динаміки, вони абсолютизують хаос, вважають його деструктивним началом.
Найважливішим концептом синергетики є нелінійність. У синергетики основна увага приділяється вивченню нелінійних математичних рівнянь, тобто рівнянь, що містять шукані величини в ступенях, не рівних 1, або коефіцієнти, залежні від середовища. Лінійність абсолютизує поступальність, безальтернативність, торжество сталості. Нелінійність фіксує непостійність, різноманіття, нестійкість, відхід від положень рівноваги, випадковості, точки розгалуження процесів, біфуркації.
Точкою біфуркації називають стан максимальної хаотичності нерівноважного процесу (від лат. Bifurcus - роздвоєний). Завдяки хаотичності подальше розгортання нерівноважного процесу має не один шлях руху, а безліч можливих шляхів із зони розгалуження, тобто з точки біфуркації. Стан біфуркації можна уподібнити положенню кульки на опуклій поверхні, типу сферичної, яке є нестійким.
Будь-який вплив може вивести кульку з нестійкого стану, і він почне скочуватися зверху вниз. По якій траєкторії він буде скочуватися з точки біфуркації - вгадати точно не можна. Це - випадковий процес.
Маючи справу з відкритими (мають джерела і стоки енергії) нелінійними системами, синергетика стверджує, що світ виникає в результаті самовільних і самоорганізованих механізмів. В їх основі лежить єдина симетрія форм в живій і неживій природі. Наприклад, спіралі Галактики і циклону подібні спіралі раковини равлика, рогів тварин. Є спільність структури Всесвіту і живої природи, урбанізації та географічного розподілу населення і т.п.
Синергетика пояснює, чому утворюються саме ці структури. Вона обгрунтовує положення, згідно з яким подібні структури є структурами еволюційними. Функціональна спільність процесів самоорганізації систем, їх стійкість підтримується законами ритму (день - ніч, підйом - спад у творчій активності людини, в економіці і т.п.).
Випадковість виявляється необхідним елементом світу: порядок (закон) і безлад (хаос) включають в себе один одного. Більш того, випадковість грає роль творчого начала в процесі самоорганізації. Чим далі від стану рівноваги, тим швидше зростає число рішень, станів складної системи.
Інакше кажучи, система в стані рівноваги «сліпа», а в нерівноважних умовах вона «сприймає» відмінності зовнішнього світу і «враховує» їх у своєму функціонуванні. Спрацьовує ефект бумеранга, який прискорює перебіг процесів.
Довівши конструктивну роль випадковості, синергетика з'явилася у певному плані раціоналізацією життєвого афоризму: «Незначні причини завжди ведуть до великих наслідків». Паскаль висловив цю ідею таким чином: «Будь ніс Клеопатри коротше, лик світу був би іншим».
Синергетика, як правило, має справу з відкритими системами, далекими від рівноваги. Відкритість системи означає наявність у ній джерел та стоків, наприклад, речовини, енергії та інформації.
Щоб система утворилася, необхідний відповідний динамічний джерело, який якраз і виступає організуючим початком. Без підведення речовини і енергії організми вимирають, без підведення газу не горить полум'я в газовому пальнику; неживої виявляється будь-яка соціальна система, знеструмлена в інформаційному відношенні. Там, де настає рівновага, самоорганізація припиняється.
Самоорганізуються, схильні до коливань. Саме в коливаннях система рухається до відносно стійким
структурам. Нелінійні рівняння, як правило, описують коливальні процеси. Теорія коливань важлива не тільки в радіотехнічних, але і в будь-яких інших системних процесах.
Якщо параметри системи досягають критичних значень, то система потрапляє в стан нерівноважності та нестійкості. Саме в силу цього відбуваються якісні зміни і, отже, виникають нові якості, своєрідний режим з загостренням. Нове виникає швидко. І, як правило, під впливом легких біфуркаційних збурень. Як часто вчені, що аналізують генезис біологічних і соціальних систем, ведуть пошук глобальних чинників, потужних і об'ємних. Але цілком можливо, що істотні зміни були результатом малих збурень, які призвели систему в резонансне стан. Розвиток йде через нестійкість і часто за допомогою малих збуджень.
Одним з сенсаційних відкриттів було виявлення Лоренцом * складного поведінки порівняно простий динамічної системи з трьох звичайних диференціальних рівнянь першого порядку з квадратичними нелінійностямі. При певних значеннях параметрів траєкторія системи вела себе настільки заплутаним чином, що зовнішній спостерігач міг би прийняти її характеристики за випадкові.
Природа дивного атрактора (від лат. Attrahere - притягати) Лоренца була вивчена спільними зусиллями фізиків і математиків. Як і у випадку багатьох інших моделей синергетики, з'ясувалося, що система Лоренца описує самі різні фізичні ситуації - від теплової конвекції в атмосфері до взаємодії біжучому електромагнітної хвилі з інверсно-заселеної дворівневої середовищем, коли частота хвилі збігається з частотою переходу **. З екзотичного об'єкта дивний атрактор Лоренца виявився досить швидко зведеним до положення пересічних «недивно» атракторів - притягають особливих точок та граничних циклів. Від нього стали втомлюватися: чи легко виявляти дивні атрактори буквально на кожному кроці!
Проте в запасі у дивного аттрактора виявилася ще одна досить незвичайна характеристика, яка виявилася корисною при описі фігур і ліній, обійдених увагою колись Евкліда, - так звана фрактальна розмірність. Нейман Дж. фон. Теорія самовідтворюються автоматів. М: Світ, 1971. Рабинович М.І. Стохастичні автоколивання і турбулентність. - УФК, 1978, 125, № 1.
Мальдельброт * звернув увагу на те, що досить широко поширена думка про те, ніби розмірність є внутрішньою характеристикою тіла, поверхні, тіла або кривої невірно (насправді, розмірність об'єкта залежить від спостерігача, точніше від зв'язку об'єкта з зовнішнім світом).
Суть справи неважко усвідомити з наступного наочного прикладу. Уявімо собі, що ми розглядаємо клубок ниток. Якщо відстань, яка відділяє нас від клубка, велике, то клубок ми бачимо як точку, яка позбавлена ​​будь-якої внутрішньої структури, тобто геометричний об'єкт з евклідової (інтуїтивно сприймається) розмірністю 0. Наблизивши клубок на деяку відстань, ми будемо бачити його як плоский диск, тобто як геометричний об'єкт розмірності 2. Наблизившись до клубка ще на кілька кроків, ми побачимо його у вигляді кульки, але не зможемо розрізнити окремі нитки - клубок стане геометричним об'єктом розмірності 3. При подальшому наближенні до клубка ми побачимо, що він складається з ниток, тобто евклідова розмірність клубка стане рівною 1. Нарешті, якщо б роздільна здатність наших очей дозволяла нам розрізняти окремі атоми, то, проникнувши всередину нитки, ми побачили б окремі точки - клубок розсипався б на атоми, став геометричним об'єктом розмірності.
Але якщо розмірність залежить від конкретних умов, то її можна вибирати по-різному. Математики накопичили досить великий запас різних визначень розмірності. Найбільш раціональний вибір визначення розмірності залежить від того, для чого ми хочемо використовувати це визначення.
Мандельброт запропонував використовувати як захід «нерегулярності» (порізаності, звивистості і т.п.) визначення розмірності, запропоноване Безікович і Хаусфордом. Фрактали - це геометричний об'єкт з дробовою розмірністю Безиковича і Хаусфорда. Дивний атрактор Лоренца - один з таких фракталів.
Розмірність Безиковича-Хаусфорда завжди не менше евклідової і збігається з останньою для регулярних геометричних об'єктів (для кривих, поверхонь і тіл, що вивчаються в сучасному підручнику евклідової геометрії). Різниця між розмірністю Безиковича-Хаусфорда і евклідової - «надлишок розмірності» - може служити мірою відмінності геометричних * Mandelbrot BB Fractals. San Francisco: WH Freeman and Co., 1977.образов від регулярних.
Про ступінь впорядкованості або невпорядкованості («хаотичності») руху можна судити і по тому, наскільки рівномірно розмазаний спектр, чи немає в ньому помітно виражених максимумів і мінімумів. Ця характеристика лежить в основі так званої топологічної ентропії, яка є, як і її статичний прототип, мірою хаотичності рухів.
Дуже важливо, що синергетика виступає в ранзі математичної дисципліни. Математичне моделювання складних систем і здійснювані в зв'язку з цим обчислювальні експерименти свідчать, що іноді вдається обійтися рівняннями, що містять лише кілька змінних. Наукове пізнання веде до ясності і точності там, де поширена думка бачить сплетіння представляються виключно загадковими подій.
Синергетика, як це показав в своїх численних роботах І. Пригожин, дозволяє з нових позицій зрозуміти два найважливіші чинники існування як нас самих, так і нашого оточення - час і незворотність.
Мова йде про те, що, по-перше, саме незворотність грає конструктивну роль, по-друге, слід перевідкрити поняття часу. Розглянемо суть даної проблеми.
Свого часу теорія Ч. Дарвіна послужила поштовхом для розгортання досліджень розвитку природних і соціальних систем. Еволюційна концепція змусила навіть фізиків по-іншому поглянути на свій предмет і на природу в цілому. Справа в тому, що у біологів і фізиків існували прямо протилежні погляди на еволюцію природи.
У біології час незворотньо, його стріла йде від народження особи до її смерті, але немає тієї ж зв'язку між необоротністю і часом, що в термодинамічних системах. Живе більш впорядковано, ніж неживе, воно «харчується» негативної ентропією, і тим не менше його життя необоротна.
У термодинаміці при вирівнюванні температур ентропія у замкненій системі завжди збільшується. Згідно Л. Больцманом, термодинамічна час незворотньо, існує стріла часу.
Проте в класичній механіці час вважається оборотним. Якщо підставити в рівняння, наприклад, другого закону Ньютона замість t - t, то рівняння залишається одним і тим же. Пряме і зворотне протягом часу рівнозначні. Вважалося, що для опису руху досить задати початкові умови, перш за все координати і швидкість. Тоді за допомогою законів механіки можна буде визначити положення рухомого тіла в будь-який момент майбутнього і минулого часу. Інакше кажучи, фактор часу там не грав істотної ролі.
Отже, в наявності неприємна ситуація: в одній фізичній теорії, а саме в механіці, час вважається оборотним, а в іншій, в термодинаміці, час, навпаки, визнається необоротним. Така неузгодженість викликає у вчених підозра, вони прагнуть до подолання суперечності.
Пригожин, прагнучи подолати ці суперечності, звертається до синергетичних ідей, які мають міждисциплінарний характер, тобто дозволяють розглянути і фізичні, і біологічні, і хімічні, і соціальні системи. Вчений приходить до висновку, що час завжди незворотньо, а незворотність пов'язана з самоорганізацією систем і становить стрижневу основу будь-якої еволюції. З висот синергетики заслуговують відомої переоцінки всі інші концептуальні системи. Перевідкриття часу змушує людство з нових позицій оцінити своє майбутнє і можливі в цій ситуації стратегії.
Синергетичний тип мислення конкретизує в межах самоорганізуються древній філософський принцип «все в одному і одне у всьому». На думку російського вченого М.А. Маркова, можливо, існує елементарна частинка, звана фрідмонов, яка «містить в собі весь мегасвіт». Принцип «все в одному» відкриває можливості визначення характеру процесів у великих масштабах, знаючи їх протікання в малих масштабах, і навпаки. Синергетика дозволяє «намацати» внутрішній зв'язок елементів світу, яка здійснюється через малі впливу, флуктуації. Останні можуть давати можливість вийти на інші рівні організації, намітити зв'язок різноякісних рівнів буття. Але синергетика окреслює межі застосування цього положення: малі впливу можуть спливти з нижчих рівнів не завжди, але лише на певних типах середовищ, на таких, які здатні з нелінійної позитивним зворотним зв'язком їх посилити.
В образі світу, що створюється синергетикою, таке фундаментальне якість системи, що відноситься до рівня її елементного будови, як випадковість, відповідально за зміни в глобальних масштабах. Світ нестабільний. У своїх підставах він має жорстке, і пластичне початку. Гнучке початок означає випадковість, відповідальну за появу нового в процесах розвитку. Жорстке початок - існування в світі незмінних зв'язків. Щоб зрозуміти світ глибше, необхідно безліч описів, не зводиться один до одного, але тим не менш пов'язаних правилами переходу. Динамічне опис і опис у термінах необоротності і є два види таких описів: перше відображає розвиток у формі руху, траєкторій або рівнів енергії; друге стосується кінцевих процесів, вимірювань, світу структур, в яких відбувається розсіяння енергії (розпад атомів, хімічні реакції, загасання коливань ). За зауваженням Пригожина, «у філософській термінології обидва види опису відповідають відповідно« буття »і« становленню ». І ні буття, ні становлення по окремо не можуть дати повної картини ».
Міждисциплінарний характер синергетики дозволяє побудувати на її основі модель універсального еволюціонізму.
Багато зробив у цьому відношенні в останні роки академік М.М. Моісеєв. Він стверджує, що людство як у фізичному, так і в біологічному і в соціальному сенсі «тримається на вістрі» *. Прискорення процесів розвитку людства супроводжується зниженням рівня його стабільності. Природно, хід розвитку людства супроводжується станами нестійкості, виникають нові атрактори.
Так як людство в образі ноосфери набуло всепланетарного статус, то в еволюцію залучаються всі природні та соціальні системи. Еволюція стала процесом загальнопланетарний. На основі цього Моісеєв вводить уявлення про двох імперативах - моральному та екологічному.
Моральний імператив розуміється як оновлена ​​моральність, заслоняющая людей від небезпеки соціального порядку. Екологічний імператив виступає при цьому як заборона на зміну тих властивостей навколишнього середовища, які можуть поставити під загрозу саме існування людства. Складна проблема полягає в забезпеченні коеволюції суспільних і природних систем.
Як не парадоксально, новий напрямок, настільки успішно * Мойсеєв М.М. Універсальний еволюціонізм (Позиція і слідства) / / Питання філософії. 1991. № 3. С. 3-28.справляющееся із завданням наведення порядку в світі хаосу, істотно менше досягло успіхів у наведенні порядку серед структур. Зокрема, при пошуку і класифікації структур майже не використовується поняття симетрії, що грає важливу роль в багатьох розділах точного і описового природознавства.
Так само як і розмірність, симетрія істотно залежить від того, які операції дозволяється робити над об'єктом. Наприклад, будова тіла людини і тварин має білатеральної (від бі ... і лат. Lateralis - бічної; двосторонній, двубокій, що відноситься до обох сторін, частинам чогось) симетрією, але операція перестановки правого і лівого фізично не здійсненна. Отже, якщо обмежитися тільки фізично здійсненними операціями, то білатеральної симетрії не буде. Симетрія - властивість негрубі: невелика варіація об'єкта, як правило, знищує весь запас властивою йому симетрії.
Якщо визначення симетрії вибрано, то воно дозволяє встановити відношення еквівалентності між досліджуваними об'єктами. Всі об'єкти, що належать одному і тому ж класу, можуть бути переведені один в одного належно обраної операцією симетрії, у той час як об'єкти, що належать різним класам, ні однією операцією симетрії один в одного переведені бути не можуть.
Симетрію слід шукати не тільки у фізичному просторі, де розігрується процес структуроутворення, але і в будь-яких просторах, які містять «портрет» системи.

1.2. Синергетика і синергетики
Подібно до того, як кібернетиці Вінера передувала кібернетика Ампера, що мала вельми непряме відношення до «науки про управління, отримання, передачі та перетворенні інформації в кібернетичних системах» *, синергетика Хакена мала своїх «попередниць» по назві: синергетику Ч. Шеррингтона, синергію С. Улана та синергетичний підхід І. Забузький .* Словник з кібернетики. Київ: Гол. ред. Укр. Рад. Енциклопедії., 1979
Чарлз Скотт Шеррингтон (1857 - 1952), англійський фізіолог, розробив концепцію інтегративної діяльності нервової системи. Він називав синергетичним узгоджене вплив нервової системи (спинного мозку) при управлінні м'язовими рухами.
С. Улам був безпосереднім учасником одного з перших чисельних експериментів на ЕОМ першого покоління (ЕНІВАКе). Експеримент, проведений над числовим аналогом системи кубічних осциляторів (осцилятор, від лат. Oscillo - качаюся, - коливається система), привів до несподіваного результату, породивши знамениту проблему Фермі-Пасти-Улама: простеживши за еволюцією розподілу енергії за ступенями свободи впродовж досить великого числа циклів, автори не виявили ні найменшої тенденції до равнораспределенія. С. Улам, який багато працював з ЕОМ, зрозумів всю важливість і користь «синергії, тобто безперервного співпраці між машиною і її оператором », здійснюваного в сучасних машинах за рахунок виведення інформації на дисплей.
Рішення проблеми Фермі-Пасти-Улама було отримано на початку 60-х рр.. М. Крускалом і Н. Забузький, які довели, що система Фермі-Пасти-Улама представляє собою різницевий аналог рівняння Кортевега-де Вріз і що равнораспределенія енергії перешкоджає солітон (термін, запропонований М. Забузький), що переносить енергію з однієї групи мод в іншу .
Реалістично оцінюючи обмежені можливості як аналітичного, так і чисельного підходу до рішення нелінійних задач, І. Забузький прийшов до висновку про необхідність єдиного синтетичного підходу. За його словами, «синергетичний підхід до нелінійних математичним і фізичним завданням можна визначити як спільне використання звичайного аналізу та чисельної машинної математики для отримання рішень розумно поставлених питань математичного та фізичного змісту системи рівнянь» *.
Якщо врахувати складність систем і станів, що вивчаються синергетикою Хакена, то стає ясно, що синергетичний підхід Забузький (і як складова його частина - синергія Улама) займе гідне місце серед інших засобів і методів * Nonlinear partial differential equations. NY: Acad. divss, 1967. синергетики. Інакше кажучи, сподіватися тільки на аналітику було б надмірним оптимізмом.

1.3. Шляхи формування синергетики
Приблизно в 60-х рр.. XX століття наукові уявлення про процеси самоорганізації у відкритих нерівноважних системах формувалися розрізнено і незалежно в різних дисциплінах. Однак у 70-х рр.. вони стали предметом порівняння і в них виявилося багато спільного.
І. Пригожин через розробку термодинаміки сільнонеравновесних систем вийшов на свою теорію самоорганізації. Даному варіанту термодинаміки передувала розробка теорії стаціонарних, або стійких, нерівноважних систем. Стаціонарне нерівновагу досягається, коли зовнішній вплив виводить систему зі стану рівноваги, але так як цей вплив недостатньо велике, то нерівноважний стан системи утримується поблизу від стану рівноваги.
Такі стани виявилися для вчених цікавими з двох причин. По-перше, для подібних випадків з деякими поправками застосуємо теоретичний апарат термостатікі. У відкритих системах відбувається зростання ентропії. І. Пригожин довів, що в них проводиться мінімальна ентропія. По-друге, для феноменологічного пояснення стійкості нерівноважних станів може використовуватися принцип Ле Шательє-Брауна, який означає, що система, виведена зовнішнім впливом зі стану з мінімальним виробництвом ентропії, стимулює розвиток процесів, спрямованих на послаблення зовнішнього впливу. Інакше кажучи, системи, що знаходяться в стаціонарному нерівноважному стані, мають від природи властивістю стійкості.
Загальна теорія стійкості вперше була досліджена і розроблена російським математиком А.М. Ляпуновим (1857-1918). Суть даної теорії полягає в тому, що стійкі стану не втрачають своєї стійкості при флуктуації фізичних параметрів. За рахунок внутрішніх взаємодій система здатна погасити виникають флуктуації. А нестійкі системи, навпаки, при виникненні флуктуацій здатні посилювати їх, і в результаті наростання амплітуди збурень система з прискоренням переходить із стаціонарного нерівноваги в нестійкий нерівноважний стан, який веде до хаосу.
У 50-60-х рр.. XX століття логіка наукового розвитку зажадала перейти від розгляду слабонеравновесних до вивчення сільнонеравновесних систем. Тут і зав'язка проблеми.
Це означає, що для сільнонеравновесних станів знадобилося знову розробляти теорію. Після того, як І. Пригожин виконав цю роботу, виявилося, що дана теорія є нова концепція самоорганізації хімічних і фізичних систем.
На початку 70-х рр.. особливу увагу І. Пригожина привернула хімічна реакція, названа реакцією Бєлоусова-Жаботинського. Зіставивши хід даної реакції з теорією Тьюрінга, Пригожин разом з групою бельгійських вчених переформулював теорему Тьюринга і висунув свою теоретичну модель самоорганізації.
Джерело самоорганізації Пригожин побачив у флуктуаціях, які до певного часу гасяться силами внутрішньої інерції. Потім випадкові мікрофлуктуацій переростають в стан хаосу. Після того, як у систему з хаотичним станом надходить із середовища досить велика кількість свіжої енергії, то з хаосу народжуються великомасштабні флуктуації макроскопічного рівня. Так, за Пригожиним, з хаосу народжуються макроскопічні стану, так він пояснює самоорганізацію хімічних і фізичних систем. Аналіз проміжних продуктів хімічних реакцій показав подібність цих процесів з автоколиваннями систем різної природи. Сам термін «автоволни» був введений академіком Р.В. Хохловим (1926-1977). Теорія автоколивальних процесів розроблялася школою академіка Л.І. Мандельштама (1873-1944), школою академіка А.А. Андронова (1901-1952) та ін
Типовий приклад автоволни - нервовий імпульс, який біжить без загасання по нервовому волокну діаметром менше 0,025 мм і довжиною до 1,5 м .
Дослідження показують, що обробка інформації в корі головного мозку здійснюється не в формі активності окремих нейронів (як в ЕОМ), а на рівні взаємодій між автоволнамі збудження і гальмування, які охоплюють великі ділянки головного мозку.
Німецький фізик Г. Хакен прийшов до концепції самоорганізації через розробку проблем квантової електроніки, точніше - від вивчення механізмів утворення лазерного променя. Він відзначав особливу роль колективної поведінки підсистем, і для позначення процесів самоорганізації ввів поняття «синергетика». На думку Хакена, самоорганізація - це «спонтанне утворення високоупорядоченних структур із зародків або навіть із хаосу».
За Г. Хакен, характерними рисами процесів самоорганізації є: кооперативность дії елементів і підсистем, що утворюють систему; нелінійність процесу, що виражається рівняннями другого або третього ступеня; неравновесность стану, підтримувана за рахунок енергії середовища; пороговий характер процесів самоорганізації.
Ще одним джерелом ідей синергетики стали роботи німецького вченого М. Ейгена, який показав, що при сприятливих умовах середовища складні органічні молекули здатні до самовідтворення та ускладнення організації на передбіологічній рівні.
Таким чином, дослідження процесів самоорганізації на початку 60-х рр.. обмежилося окремими природничонауковими дисциплінами. Але в 70-х рр.. учені все ж таки почали виходить за рамки своїх дисциплін і помітили, що їхні ідеї аналогічні. У 70-80-х рр.. стали проводитися спільні наукові конференції представників різних дисциплін і стало оформлятися новий науковий напрям - синергетика, або загальна теорія самоорганізації систем різної природи. Одночасно з цим виявили її системний характер.
Потрібно зауважити, що формування синергетики як загальнонаукового напрямку не завершено і ще продовжується. У синергетики до цих пір не отримав адекватного рішення головне питання - про справжні джерелах самоорганізації. А без цього саме поняття самоорганізації залишається умовним і недостатньо осмисленим, які мають лише робоче значення. У цьому плані більш гнучку позицію зайняв сам Хакен, коли у введенні до своєї роботи дав обгрунтування терміну «синергетика»: «Я назвав нову дисципліну« синергетикою »не тільки тому, що в ній досліджується спільна дія багатьох елементів систем, але й тому, що для знаходження загальних принципів, які керують самоорганізацією, необхідно кооперування багатьох різних дисциплін »*.
З усього вищесказаного можна зробити висновок, що наявні в синергетики напрацювання не повинні вольовим чином поширюватися на інші дисципліни. Навпаки, вивчення специфічних потреб різних дисциплін повинно служити стимулом для розвитку самої синергетики.

3. Висновок
          Зробимо деякі висновки.
Під синергетикою слід розуміти теорію самоорганізації складних систем, характерними рисами яких є взаємодія їх частин, відкритість, нелінійність, наявність коливань, якісних змін, що знову виникли (емерджентних) якостей, структур-атракторів, тією чи іншою мірою впорядкованості, наявність нестабільностей.
На відміну від раціоналізму минулих століть, ідея нестабільності веде до здійснення «нової раціональності», яка подібна до діяльності художника. Наприклад, у фузі Баха задана композитором тема допускає безліч продовжень, з яких справжній художник обирає (відразу, миттєво) необхідне йому, виправдане логікою саморозвитку теми.
Світ, природа і суспільство з іманентною організацією також «вибирають» з безлічі альтернатив, які може нав'язати людина, лише ту, яка відповідає їхнім законам. Природно, такі системи вимагають нових принципів управління: раз система сама себе «будує», то необхідно правильно ініціювати в ній бажані тенденції, бо кількість шляхів еволюції не нескінченно. Необхідно створювати сценарії «потрібного майбутнього» з тим, щоб у потрібний момент впливати на середу. Слід вивчати не тільки способи дії, але і його наслідки. Бажаний ефект виходить тільки в тому випадку, якщо вплив співзвучно внутрішнім властивостям системи (ефект резонансу).
Синергетичні уявлення дозволяють оцінити характер становлення, еволюції та розвитку людини, суспільства і людства. По-перше, немає нічого дивного в тому, що в далекому минулому вибухнув протовакуум, тому що виявився в стані нерівноважності і в підсумку «скотився» до певного атракторні станом, що супроводжувалися розширенням і охолодженням фізичного Всесвіту.
По-друге, мало дивного в тому, що живі організми здатні зберігати свою стійкість, це відбувається завдяки зворотним негативним зв'язкам.
По-третє, немає нічого дивного і в тому, що «складання» фізико-хімічних елементів призвела до виникнення живого. У рамках складних систем виникнення життя не випадково, а закономірно - в сенсі синергетичної самоорганізації.
По-четверте, з синергетичних позицій еволюція світу живого, яка по лінії розвитку деревних ссавців призвела до становлення людини як біологічного виду, видається цілком закономірною.
По-п'яте, виникнення і оновлення економічних, естетичних, політичних і релігійних складових також цілком вкладається у картину синергетичних уявлень.
Концептуальна сила синергетичного підходу така, що він не без успіху використовується як міждисциплінарного засоби для опису всіх скільки-небудь складних систем.
Виходячи їх всього вищесказаного слід зауважити, що хаос - один з результатів дії динамічних чинників, а аж ніяк не деструктивне начало.
Синергетика дозволяє з нових позицій зрозуміти час і незворотність: час незворотньо, а незворотність грає при нагоді конструктивну роль.
Синергетика має міждисциплінарний характер, вона дозволяє осмислити еволюцію як природних, так і соціальних систем, представити картину всепланетарного еволюціонізму.
Стратегія людства повинна припускати його коеволюцію з природою, поєднання екологічного та етичного імперативів. Синергетика окреслює можливості людства по пізнанню нелінійних відкритих систем і виробленню в цьому зв'язку нової стратегії поведінки, адекватної реаліям XX1 ст.
Синергетика дає уявлення про можливості та обмеження нашого пізнання нелінійних систем природи і суспільства. «Ми не повинні ні« віджимати », ні відступати, бо пережив, як і відмова від впливу, можуть штовхнути систему з одного хаотичного стану в інший. Ми повинні бути обережними і хоробрими - відповідно до умов нелінійності та складності еволюції »*.* Майнцер К. Складність і самоорганізація. Виникнення нової науки і культури на рубежі століття / / Питання філософії. 1997. № 3. С. 48-60.

Словник термінів
Автоволни - один з видів самоподдерживающихся хвиль в активних середовищах, що містять внутрішні джерела енергії. Автоволни представляють собою процеси розповсюдження автоколивань у розподілених коливальних системах.
Аттрактор - (від лат. Attrahere) відрізок еволюційного шляху від точки біфуркації до необхідного фіналу.
Білатеральний - (від бі ... і лат. Lateralis - бічний) двосторонній, двубокій, що відноситься до обох сторін, частинам чогось.
Деструкція - (лат. destructio) порушення, руйнування нормальної структури ч.-л.
Конвекція - (від лат. Convectio - принесення, доставка) переміщення макроскопічних частин середовища (газу, рідини), що приводить до переносу маси, теплоти та інших фізичних величин.
Моральний імператив - оновлена ​​моральність, заслоняющая людей від небезпеки соціального порядку.
Осцилятор - (від лат. Oscillo - качаюся) коливається система.
Солітон - структурно стійка відокремлена хвиля, що розповсюджується в нелінійному середовищі. Солітони поводяться подібно часткам (частіцеподобная хвиля): при взаємодії один з одним або з деякими іншими збуреннями вони не руйнуються, а розходяться, зберігаючи свою структуру незмінною.
Стаціонарна система - стійка система, в якій всі характеризують систему фізичні величини не залежать від часу.
Точка біфуркації - (від лат. Bifurcus - роздвоєний) стан максимальної хаотичності нерівноважного процесу.
Флуктуації - (від лат. Fluctuatio - коливання) випадкові відхилення фізичних величин від їхніх середніх значень; відбуваються у будь-яких величин, що залежать від випадкових чинників.
Фрактали - це геометричний об'єкт з дробовою розмірністю Безиковича і Хаусфорда.
Фрактальна розмірність - характеристика, корисна при описі фігур і ліній, обійдених увагою колись Евкліда.
Фрідмонов - елементарна частинка, яка «містить в собі весь мегасвіт» (М. О. Марков).
Хаос - безлад, плутанина.
Екологічний імператив - заборона на зміну тих властивостей навколишнього середовища, які можуть поставити під загрозу саме існування людства.
Емерджентна еволюція - (від англ. Emergent - раптово виникає) філософська концепція, яка розглядає розвиток як стрибкоподібний процес, при якому виникнення нових, вищих якостей обумовлено ідеальними силами.

Бібліографічний список:
1. Інтерв'ю з професором Г. Хакеном / / Питання філософії. 2000. № 3.
2. Канке В.А. Концепції сучасного природознавства: Підручник для вузів. - М.: Логос, 2001.
3. Ніколіс Г., Пригожин І. Самоорганізація в нерівноважних системах. М.: Світ, 1979.
4. Філософський словник. Довідник студента / Кириленко Г.Г., Шевцов Є.В. - М.: Філологічна товариство «Слово»: ТОВ «Видавництво Аст», 2002.
5. Хакен Г. Синергетика. М.: Світ, 1980.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Соціологія і суспільствознавство | Курсова
88.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Процеси самоорганізації
Пропозиції щодо самоорганізації здоров`я менеджера
Сервіс безпеки - зростаючий фактор самоорганізації суспільства
Теоретичні аспекти існування органів самоорганізації населення
Що таке синергетика
Термодинаміка і синергетика
Синергетика і самоорганізація
Синергетика і право
Синхронізація як механізм самоорганізації системи пов`язаних осци
© Усі права захищені
написати до нас