Самоорганізація в живій і неживій природі

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

скачати


Міністерство освіти російської федерації

Санкт-Петербурзький державний університет

економіки та фінансів

Заочний факультет

курсова робота

По курсу «Концепції сучасного природознавства»

На тему «Самоорганізація в живої та неживої природи»

Яковлевої Наталії Сергіївни

Зміст

1. Основні властивості еволюційних процесів та їх відмінність від динамічних і статистичних процесів і явищ у природі

2. Сучасні підходи до аналізу складних систем, що самоорганізуються. Синергетика

3. Економіка з точки зору синергетики

Список літератури

1. Основні властивості еволюційних процесів та їх відмінність від динамічних і статистичних процесів і явищ у природі

Еволюційні процеси характеризуються необоротністю в часі і випадковістю зміни ходу процесу. Канонічної ілюстрацією цих властивостей є теорія Дарвіна [3, cc.53-54]. Еволюційні процеси представляють собою різновид динамічних процесів (процесів протікають у часі).

У фізиці опис динамічних процесів здійснюється за допомогою систем диференціальних рівнянь. Традиційно як приклади динамічних процесів майже у всіх підручниках наводяться: рух маятника або рух одного тіла в полі тяжіння іншого. Ці приклади, однак, є лише окремим випадком динамічних систем - це, так звані консервативні системи. Їх відмітною рисою являє оборотність у часі - система диференціальних рівнянь, що описує динамічний процес, інваріантна щодо звернення часу [1, c.59-63]. Оборотність процесів в часі має цікаві наслідки.

Консервативні динамічні системи прийнято ділити на інтегровані і не інтегровних. Система диференціальних рівнянь проінтегрувати, якщо знайдено повний набір її перших інтегралів. Першим інтегралом називають функцію, яка зберігає постійне значення на всій траєкторії, яка визначається рівняннями руху. Першим інтегралом є, наприклад, повна енергія системи. Динамічна система називається інтегровною, якщо всі її перші інтеграли - аналітичні функції координат і швидкостей. Перші інтеграли дозволяють знайти стан системи в будь-який момент часу, якщо відомо її стан в який-небудь попередній момент часу. Для систем, що інтегруються, таким чином завдання стану системи в один з моментів часу фактично відповідає завданням всієї минулої і майбутньої історії системи. Це дозволяє говорити про зумовленість (детермінованості) поведінки інтегрованої системи. Так, вказане вище рух одного тіла в полі тяжіння іншого описується двома інтегралами - інтегралом енергії та імпульсу.

Число перших інтегралів збігається з кількістю незалежних динамічних змінних, що описують стан системи, які називаються ступенями свободи. Структура будь-якої системи характеризується розподілом енергії по внутрішніх ступенях свободи. У інтегровних консервативних системах це розподіл енергії або залишається незмінним, або періодично змінюється, - тобто в інтегрованих системах не відбувається зміни структур, і система рано чи пізно повертається в початковий стан. Іншими словами інтегруються консервативні системи не еволюціонують.

В кінці минулого століття (1892г.) Пуанкаре довів існування інтегровних систем - суть його висновків полягала в тому, в системі, яка описується диференціальними рівняннями, може з'явитися стохастичне рух. Інтегровних система має також повний набір перших інтегралів, але не всі вони є аналітичними функціями.

Прикладом неінтегрованою системи являє рух трьох тіл в полі тяжіння один одного - траєкторії тіл стають дуже складними і заплутаними.

Характерною рисою неінтегрованих систем є відсутність симетрії між минулим і майбутнім - неінтегрована система еволюціонує в часі. Еволюційні властивості інтегровних систем визначаються в основному характером взаємодії в системі. Систему, в якій стохастичність траєкторій є наслідок внутрішніх взаємодій, а не випадкових зовнішніх впливів називають динамічним хаосом - руху частинок сприймаються спостерігачем як випадкові блукання.

Іншим класом фізичних систем є дисипативні системи. Дисипативні фізичні системи також призводять до незворотних процесів. "Найяскравіше відмінність між консервативними і дисипативних системами проявляється при спробі макроскопічного опису останніх, коли для визначення миттєвого стану системи використовуються такі колективні змінні, як температура, концентрація, тиск і т.д." [1, c.64]. При розгляді поведінки цих змінних з'ясовується, що вони не інваріантні щодо операції звернення часу. В якості простих прикладів дисипативних процесів звичайно розглядаються теплопровідність і дифузія.

У випадку ізольованих систем, в яких немає ніяких обмінів із зовнішнім середовищем, незворотність виражена знаменитим другим законом термодинаміки, відповідно до якого існує функція змінних стану системи, що змінюється монотонно в процесі наближення до стану термодинамічної рівноваги. Звичайно як такої функції стану вибирається ентропія, і другий початок формулюється так: "похідна ентропії за часом не негативна". Традиційно це твердження інтерпретується як "тенденція до зростання разупорядоченності" або як "виробництво ентропії" [1, c.76-80].

У разі неізольованих систем, які обмінюються із зовнішнім середовищем енергією або речовиною, зміна ентропії буде обумовлено процесами всередині системи (виробництво ентропії) і обмінами із зовнішнім середовищем (потік ентропії). Якщо виробництво ентропії у відповідності з другим законом термодинаміки невід'ємний, то "потік ентропії" може бути як позитивним, так і негативним. Якщо потік ентропії негативний, то певні стадії еволюції можуть відбуватися при загальному зниженні ентропії. Останнє, згідно традиційному трактуванні, означає, що "в ході еволюції разупорядоченності буде зменшуватися за рахунок відтоку ентропії" [1, c.80].

Т.ч. еволюційні властивості дисипативних систем вже не можна пояснити виключно внутрішньою взаємодією часток.

2. Сучасні підходи до аналізу складних систем, що самоорганізуються. Синергетика

Під самоорганізацією ми розуміємо незворотний процес, що призводить в результаті кооперативного дії підсистем до утворення більш складних структур всієї системи. Самоорганізація - елементарний процес еволюції, що складається з не обмеженої послідовності процесів самоорганізації. Термін "самоорганізація" використовується для позначення дисипативної самоорганізації, тобто утворення дисипативних структур. Поряд з дисипативної самоорганізацією існують і інші форми самоорганізації, такі як консервативна самоорганізація (утворення структур кристалів, біополімерів і т. д.) і дисперсійна самоорганізація (освіта солітони структур). [10, с. 491]

Для пояснення процесів самоорганізації розглядаються відкриті системи, які здатні обмінюватися з навколишнім середовищем речовиною, енергією або інформацією. Відкрита система не може бути рівноважної, тому її функціонування вимагає безперервного надходження енергії та речовини з зовнішнього середовища, внаслідок чого нерівновага в системі посилюється. У кінцевому підсумку колишня взаємозв'язок між елементами системи, тобто її колишня структура, руйнується. Між елементами системи виникають нові узгоджені зв'язку. Завдяки цьому стало можливим розвинути нову нелінійну та нерівноважну термодинаміку необоротних процесів, яка стала основою сучасної концепції самоорганізації. Для більш загального і глибокого уявлення про конкретні механізми самоорганізації розглянемо основні поняття і принципи синергетики.

Спроба вироблення спільної концепції пояснює явища самоорганізації систем отримала назву "синергетика". Термін "синергетика" походить від грецького "сінергеа" - сприяння, співробітництво. Запропонований Г. Хакеном, цей термін акцентує увагу на узгодженості взаємодії частин при утворенні структури як єдиного цілого. Під цією назвою об'єднуються різні напрями досліджень у різних науках - у фізиці, біології, хімії, математики. У математиці розвивається теорія динамічного хаосу, школа І. Пригожина розвиває термодинамічний підхід до самоорганізації з точки зору дисипативних структур, а Г. Хакен розуміє під структурою стан, що виникає в результаті когерентного (погодженого) поведінки великого числа частинок.

Предметом синергетики є складні системи, що самоорганізуються. Один з основоположників синергетики Г. Хакен визначає поняття самоорганізується системи таким чином: "Ми називаємо систему самоорганізується, якщо вона без специфічного впливу ззовні знаходить якусь просторову, часову або функціональну структуру. Під специфічним зовнішнім впливом ми розуміємо таке, яке нав'язує системі структуру чи функціонування. У разі ж самоорганізуються випробовується ззовні неспецифічне вплив. c . Наприклад, рідину, що підігрівається знизу, зовсім рівномірно знаходить в результаті самоорганізації макроструктуру, утворюючи шестикутні осередки "[12, c. 28-29].

Таким чином, сучасне природознавство шукає шляхи теоретичного моделювання найскладніших систем, які властиві природі, - систем, здатних до самоорганізації, саморозвитку. Основні властивості систем, що самоорганізуються - відкритість, нелінійність, дисипативних.

Відкриті системи - це такі системи, які підтримуються в певному стані за рахунок безперервного припливу ззовні речовини, енергії або інформації. Постійний потік речовини, енергії або інформації є необхідною умовою існування нерівноважних станів на противагу замкнутих систем, неминуче прагнуть (відповідно до другим початком термодинаміки) до однорідного рівноважного стану. Відкриті системи - це системи незворотні; в них важливим виявляється чинник часу.

Нелінійні системи, будучи нерівновагими і відкритими, самі створюють і підтримують неоднорідності в середовищі. У таких умовах між системою і середовищем можуть іноді створюватися відносини зворотного позитивного зв'язку, тобто система впливає на своє середовище таким чином, що в середовищі виробляються деякі умови, які в свою чергу зумовлюють зміни в самій цій системі (наприклад, у ході хімічної реакції або якоюсь іншою процесу виробляється фермент, присутність якого стимулює виробництво його самого). Наслідки такого роду взаємодії відкритої системи та її середовища можуть бути найнесподіванішими і незвичайними.

Відкриті нерівноважні системи, що активно взаємодіють із зовнішнім середовищем, можуть набувати особливого динамічний стан - дисипативні, яку можна визначити як якісно своєрідне макроскопічне прояв процесів, що протікають на мікрорівні. Неравновесное протікання безлічі мікропроцесів набуває деякої інтегративну результуючу) на макрорівні, яка якісно відрізняється від того, що відбувається з кожним окремим її мікроелементом. Завдяки дисипативної в нерівноважних системах можуть спонтанно виникати нові типи структур, відбуватися переходи від хаосу і безладу до порядку і організації, виникати нові динамічні стану матерії. Головна ідея синергетики - це ідея про принципову можливість спонтанного виникнення порядку та організації з безладдя та хаосу в результаті процесу самоорганізації. Вирішальним фактором самоорганізації є утворення петлі позитивного зворотного зв'язку системи і середовища. При цьому система починає самоорганізовуватися і протистоїть тенденції її руйнування середовищем.

Становлення самоорганізації багато в чому визначається характером взаємодії випадкових і необхідних чинників системи та її середовища. Система самоорганізується не гладко і просто, не неминуче. Самоорганізація переживає і переломні моменти - точки біфуркації. Поблизу точок біфуркації в системах спостерігаються значні флуктуації, роль випадкових факторів різко зростає.

У переломний момент самоорганізації принципово невідомо, в якому напрямку буде відбуватися подальший розвиток: чи стане стан системи хаотичним або вона перейде на новий, більш високий рівень впорядкованості та організації (фазові переходи і дисипативні структури - лазерні пучки, нестійкості плазми, флаттер, хімічні хвилі, структури в рідинах і ін.) У точці біфуркації система як би "коливається" перед вибором того чи іншого шляху організації, шляхи розвитку. У такому стані невелика флуктуація (момент випадковості) може послужити початком еволюції (організації) системи в деякому певному (і часто несподіваному або просто малоймовірному) напрямку, одночасно відсікаючи при цьому можливості розвитку в інших напрямках. Як з'ясовується, перехід від хаосу до порядку цілком піддається математичному моделюванню. І більше того, у природі існує не так вже й багато універсальних моделей такого переходу. Якісні переходи в самих різних сферах дійсності (у природі і суспільстві - його історії, економіці, демографічних процесах, духовної культури і ін) підпорядковуються часом одного й того ж математичного сценарієм. . [13, c. 45]

Синергетика переконливо показує, що навіть в неорганічної природи існують класи систем, здатних до самоорганізації. Історія розвитку природи - це історія освіти все більш і більш складних нелінійних систем. Такі системи і забезпечують загальну еволюцію природи на всіх рівнях її організації - від нижчих і найпростіших до вищих і надзвичайно складним (людина, суспільство, культура)

3. Економіка з точки зору синергетики

В кінці 1980-х рр.. вчені починають обговорювати можливість застосування теорії хаосу в соціальних науках. В основному, за невеликим винятком, серед них були професійні математики і фізики. Потрібно сказати, що в економіці методи синергетики виявилися затребуваними кількома роками раніше, ніж в інших соціальних науках (наприклад, в дослідженнях, пов'язаних з ринком цінних паперів).

Перші роботи йшли шляхом переведення нових математичних понять і термінів на діалекти соціальних наук. Багато в чому результати цього напряму спиралися на знамениті праці І. Пригожина та його школи. . [11, c. 15]

"Введення ідей синергетики в соціодинаміки пов'язано з ім'ям В. Вайдліха. Застосовуючи синергетичний підхід Г. Хакена (визначаючи параметри порядку і використовуючи принцип підпорядкування), він протягом багатьох років, практично з самого початку розвитку синергетики, розробляє моделі, що дозволяють кількісно описати колективні процеси в суспільстві. З одного боку, ми маємо інтегративну динаміку макрофеноменов в суспільстві, а з іншого - рішення і поведінку окремих індивідів на мікросоціальному рівні. Синергетика встановлює співвідношення між мікрорівні індивідуальних рішень і макроуровнем динамічних колективних процесів у суспільстві і дає стохастичне опис макродинаміки.

Синергетика перш за все має величезне значення як нової точки зору на події, які відбуваються в світі, що відрізняється від традиційного детермінованого погляду, який домінував в науці з часів Ньютона. Таким чином, синергетика корисна як засіб інтерпретації наукових даних в новому ракурсі. .19] [11, c .19]

Теорія соціальної самоорганізації дозволяє по-новому підійти до вирішення цілого ряду проблем:

- Історичного детермінізму («все дозволено» або «все зумовлено»).

- Природа соціально-економічних криз та шляхів їх подолання (можливість безкризовий розвиток суспільства чи ні);

- Критерію соціального прогресу (існує об'єктивний критерій такого прогресу або його немає);

- Можливість довгострокового соціального прогнозування;

- Можливості коеволюції (погодженого розвитку) природи і суспільства та ін

Актуальність синергетичної методології пов'язана з особливостями сучасної епохи, де «не стабільність, мінливість соціального калейдоскопу парадоксальним чином стають чи не найбільш стійкою характеристикою сучасності. Відбувається інтенсивна трансформація суспільних інститутів, зміна всієї соціальної, культурної середовища проживання людини і паралельно - його поглядів на сенс і мету буття ». .110] В результате изучения различных систем различной природы, способных к самоорганизации, складывается новое – нелинейное – мышление. [14, c .110] У результаті вивчення різних систем різної природи, здатних до самоорганізації, складається нове - нелінійне - мислення.

Система - це сукупність об'єктів і процесів, званих компонентами, взаємопов'язаних і взаємодіючих між собою, які утворює єдине ціле, що володіє властивостями, невластивими його компонентами, взятими окремо.

Розрізняють прості і складні системи. Прості системи мають невелику кількість елементів. Кількість взаємозв'язків між елементами невелика. Прості системи майже не залежать від навколишнього середовища, добре керовані і мало змінюється в часі. Складні системи складаються з великої кількості елементів, між якими є численні взаємозв'язки. Складні системи є об'єктом уваги синергетики. Наприклад, в простих суспільствах немає ні керівника, ні підлеглих, ні багатих, ні бідних, такі первісні племена. У складних навпаки існує кілька рівнів управління, кілька соціальних витрат, соціальну нерівність. Важлива властивість складних систем - їх здатність до управління та самоврядування. . [11, c. 23]

Основний шлях дослідження системи - це побудова моделі (наприклад, карта доріг, модель літака, курс «Економікс» - являє собою набір простих моделей, що описують окремі елементи економічної системи).

Моделювання - це перш за все вміння виділити головне (наприклад, в економіці є два основних поняття - попит і пропозиції).

Методологічними орієнтирами соціально-економічного аналізу в рамках синергетичного підходу можуть бути наступні:

  1. Незамкнутість економічних систем. Економічна система будь-якої держави в цілому задовольняють вимогам, пред'явленим до відкритих систем, - в них постійно циркулюють потоки грошей, ресурсів, інформації, людей. Важливо мати на увазі, що відкритість будь-якої складної системи породжує цілий спектр нелінійних ефектів.

  2. Неравновестность економічних процесів. Як зазначав М.М. Моісеєв, «стійкість, доведена до своєї межі, припиняє будь-який розвиток. Вона суперечить принципу мінливості. Занадто стабільні форми - це тупикові форми, еволюція яких припиняється. Надмірна адаптація .... Настільки ж небезпечна для досконалості вигляду, як нездатність до адаптації »61, С42. Теоретичні моделі рівноважних систем в кінцевому підсумку виявляються нежиттєздатними конструкціями.

  3. Безповоротність економічної еволюції. Проходження через точки галуження еволюційного дерева (досконалий вибір) закриває інші, альтернативні, шляхи і робить тим самим еволюційний процес необоротним.

  4. Нелінійність економічних перетворень. У найзагальнішому сенсі нелінійність системи полягає в тому, що її реакція на зміну зовнішнього або внутрішнього середовища не пропорційна цій зміні. Настає такий момент, коли економічна система стає в істотному ступені інший, але уловити ці переходи, навіть на найзагальнішому рівні, економічна теорія не в змозі.

  5. Неоднозначних економічних цілей.

Синергетика дозволяє побачити світ в іншій системі координат. Висновки синергетики часто несподівані і суперечать усталеним істинам. Однак саме такий погляд дозволяє виявити те, що втрачається в традиційному ракурсі, і попередити про серйозні небезпеки, які можуть виникнути на шляху розвитку суспільства, якщо в біфуркаційний момент (момент вибору) не будуть ухвалені відповідальні, еволюційні рішення.

Список літератури

  1. Ніколіс Г., Пригожин І. Пізнання складного. М., "Мир", 1990.

  2. Пригожин І., Стенгерс І. Порядок з хаосу. М., "Прогрес", 1986.

  3. Пригожин І., Стенгерс І. Час, хаос, квант. М., "Прогрес", 1994.

  4. Розгачева І.К. Самоорганізуються, у Всесвіті. М., "Знання", 1989.

  5. Хакен Г. Інформація і самоорганізація. Макроскопічний підхід до складних систем. М., "Мир", 1991.

  6. Казарінов М.Ю. Детермінізм у складних системах управління і самоорганізації. Л., Изд-во ЛДУ, 1990.

  7. Князєва О.М. Складні системи і нелінійна динаміка в природі і суспільстві.

  8. Князєва О.М., Курдюмов С.П. Синергетика і принципи коеволюції складних систем

  9. Найдиш В.М.. Концепції сучасного природознавства. М., 1999.

  10. Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепції сучасного природознавства: Підручник. - 6-е вид., Перераб. і доп. - М.: Видавничо-торгова корпорація «Дашков і К °», 2007. - 540 с.

  11. Пучачев Є.Г., Солов `єнко К.Н. Самоорганізація соціально-економічних систем: Навч. Посібник. - Іркутськ: Изд-во БГУЕП, 2003. - 172 с.

  12. Хакен Г Інформація та самоорганізація Макроскопічно підхід до складних систем М. 1991.

  13. Капіца С.П.. Курдюмов С.П., Малінецкій Г.Г. Синергетика і прогнози майбутнього. М., 1997.

  14. Некласса А. Пакс Економікана, або Епілог історії. Роздуми біля дверей третього тисячоліття / / Новий світ 1999. № 9

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Курсова
57.9кб. | скачати


Схожі роботи:
Методика організації спостережень школярів за змінами в живій та неживій природі
Місце людини в живій природі
Ідентифікація параметрів осцилюючих процесів у живій природі модельованих диференціальними
Самоорганізація в природі і в суспільстві
Формування динамічних уявлень про зміни в живій природі у старших дошкільнят
Самоорганізація в науці
Стратегічна самоорганізація
Синергетика і самоорганізація
Самоорганізація полімерів
© Усі права захищені
написати до нас