Каталог книг

Синергетика в современном естествознании

Перейти в магазин

Сравнить цены

Категория: Книги

Описание

Синергетический подход, воссоздающий целостностное представление о мире, позволяет компактно изложить законы развития, являющиеся общими для природы, человека и общества. Книга написана на материале лекционного курса, который читается автором на гуманитарных факультетах Санкт-Петербургского государственного университета. Курс был построен на основе тернарной методологии, развиваемой автором в течение последних десятилетий. Эта методология опирается на новые идеи в асимптотической математике и находит плодотворное применение в синергетике.

Сравнить Цены

Предложения интернет-магазинов
Мамчур Е. (ред.) Проблема реальности в современном естествознании Мамчур Е. (ред.) Проблема реальности в современном естествознании 413 р. chitai-gorod.ru В магазин >>
Князева Е. Синергетика Нелинейность времени и ландшафты коэволюции Синергетика От прошлого к будущему Князева Е КомКнига Князева Е. Синергетика Нелинейность времени и ландшафты коэволюции Синергетика От прошлого к будущему Князева Е КомКнига 583 р. chitai-gorod.ru В магазин >>
Усыченко В. Электронная синергетика Физические основы самоорг Усыченко В. Электронная синергетика Физические основы самоорг 248 р. chitai-gorod.ru В магазин >>
Наумкин А. Синергетика Введение в Калагию Наумкин А. Синергетика Введение в Калагию 370 р. chitai-gorod.ru В магазин >>
Егоров В. Химическая синергетика физическая и коллоидная химия самоорганизующихся наносистем Егоров В. Химическая синергетика физическая и коллоидная химия самоорганизующихся наносистем 578 р. chitai-gorod.ru В магазин >>
Назаретян А. Нелинейное будущее Мегаистория синергетика культурная антропология и психология в глобальном прогнозировании Назаретян А. Нелинейное будущее Мегаистория синергетика культурная антропология и психология в глобальном прогнозировании 990 р. chitai-gorod.ru В магазин >>
Алексеевский В. Синергетика менеджмента Управление устойчивым развитием диссипативных структур Алексеевский В. Синергетика менеджмента Управление устойчивым развитием диссипативных структур 520 р. chitai-gorod.ru В магазин >>

Статьи, обзоры книги, новости

СИНЕРГЕТИКА В СОВРЕМЕННОМ ЕСТЕСТВОЗНАНИИ, Сайт С

Синергетика в современном естествознании «СИНЕРГЕТИКА В СОВРЕМЕННОМ ЕСТЕСТВОЗНАНИИ»

Баранцев Рэм Георгиевич — профессор С.-П.ГУ

Настоящий курс, читаемый на гуманитарных факультетах Санкт-Петербургского государственного университета с 1997 года, характеризуется следующими чертами:

  1. Освобождение от бинарного стереотипа (две культуры, два лагеря и т.п.) как структуры разделяющей, недостаточной для синтеза. Опора на системную триаду с ее универсальной семантической структурой, осуществляющей объединение.
  2. Движение от целого к частям, от целостного метода к демонстрации общности законов в разных областях знания. Акцент на кризисные ситуации и способы совмещения оппозиций на основе тринитарной методологии
  3. Методологический подход, благодаря которому движение от целого к частям не противоречит принципу «от простого к сложному». Освоение пространства методов. Знакомство с новыми ветвями знания, идеями, гипотезами. Синергетика как вестник грядущей культурной парадигмы.

Поиск систем образования, отвечающих переменам, происходящим в обществе, привёл к формированию новой образовательной парадигмы, взявшей за основу принципы фундаментальности, человечности, целостности [1]. В Государственном образовательном стандарте для гуманитарных специальностей вузов появился базовый курс «Концепции современного естествознания», задача которого — дать целостное представление о мире, о законах развития, являющихся общими для природы, человека и общества [2]. Это нововведение обусловлено необходимостью интеграции знаний, глобализацией социальных проблем, потребностью нового синтеза.

В последние годы вышел ряд учебных пособий, содержащих немало свежих интересных подходов к постановке преподавания этой новой дисциплины (Приложение 1). Однако традиционный способ изложения материала по принципу «от простого к сложному» привязывал авторов к построению целого путем собирания частей. При этом учет взаимодействия между частями не спасал от утраты целостности, если не охватывалось взаимодействие рассматриваемого целого с окружающим миром. Как сказано в [3],»курс «Концепции современного естествознания» сегодня не ориентирован на формирование у обучаемых целостного миропонимания и современного естественнонаучного мировоззрения… . Исправить положение здесь может только новый подход к целевым установкам, структуре и содержанию этого курса, что практически означает формирование принципиально нового курса». Такой подход становится возможным благодаря синергетике, суть которой как раз и состоит в восстановлении целостного мировидения.

Чтобы строить курс по принципу «от целого к частям», нужна соответствующая методология, которая создается с отставанием. Такое запаздывание видимо характерно для переходного периода. Так на Попперовских чтениях в феврале 1998 года прозвучало сожаление о том, что открытое общество пытаются строить методами общества закрытого. Ю.М.Лотман в книге «Культура и взрыв»[4], говоря о переключении с бинарной парадигмы на тернарную, озабоченно отмечает, что сам переход мыслится в традиционных понятиях бинаризма. Необходимость открытой методологии особенно назрела в синергетике, изучающей открытые системы: метод должен соответствовать изучаемому предмету [5].

Настоящий курс, читаемый на гуманитарных факультетах Санкт-Петербургского государственного университета с 1997 года, характеризуется следующими чертами:

  1. Освобождение от бинарного стереотипа (две культуры, два лагеря и т.п.) как структуры разделяющей, недостаточной для синтеза. Опора на системную триаду с ее универсальной семантической структурой, осуществляющей объединение.
  2. Движение от целого к частям, от целостного метода к демонстрации общности законов в разных областях знания. Акцент на кризисные ситуации и способы совмещения оппозиций на основе тринитарной методологии
  3. Методологический подход, благодаря которому движение от целого к частям не противоречит принципу «от простого к сложному». Освоение пространства методов. Знакомство с новыми ветвями знания, идеями, гипотезами. Синергетика как вестник грядущей культурной парадигмы.

Стремление к целостному видению мира было у людей всегда. Когда-то оно воплощалось в изображение трёх китов, на которых держится Земля. Естествознание сначала придерживалось геоцентризма, затем переключилось на гелиоцентризм, потом покорилось полицентризму. Классическая естественнонаучная картина мира, сложившаяся в 17-м веке, ассоциируется с именами Ф.Бэкона, Р.Декарта, И.Ньютона и потому обычно называется ньютоно-картезианской. Многие её представления живы в общественном сознании до сих пор, хотя в 20-м веке она претерпела существенные изменения. Различаются следующие этапы, характеризуемые ключевыми словами:

  1. Механический (классический): абсолютное пространство и время, детерминизм, объективность.
  2. Физический (неклассический): относительность, индетерминизм, кванты, дополнительность.
  3. Эволюционный (постнеклассический): жизнь, ноосфера, синергетика, космогенез.

Смысл употребляемых слов обычно осознаётся интуитивно, благодаря опыту и контексту. Но в переходные периоды смысл меняется и определения опорных терминов полезно по возможности освежать. Будем подразумевать, что понятие — это представление, получившее наименование;

  • концепция (лат. сonceptio — понимание) — определённый способ понимания, точка зрения, руководящая идея, ведущий замысел;
  • наука — сфера деятельности, направленной на производство новых знаний о действительности, поиск истины;

естествознание — наука о природе;

  • метод — способ воспроизведения в мышлении изучаемого предмета;
  • система (греч. systema — соединение) — множество элементов, связанных между собой и образующих целостное единство;
  • структура (лат. structura — строение, расположение, порядок) — совокупность устойчивых связей;
  • целостность — внутреннее единство объекта, его относительная самостоятельность;
  • парадигма (греч. paradeigma — пример, образец, паттерн) — господствующая концептуальная система, стиль мышления.
  • Понятие научной парадигмы в широкое употребление ввёл Томас Кун, книга которого «Структура научных революций»[7] появилась в русском переводе в 1977 году через 15 лет после её первого издания в США. Согласно Куну, парадигма есть понятийная система, которую принимает сообщество учёных и которая обеспечивает их схемами проблем и решений.

    Философская нагрузка этого термина постепенно росла и рамки науки становились для него тесными. В книге Ф.Капры «Уроки мудрости»[8], появившейся в 1996 году, парадигма определяется уже иначе: это совокупность мыслей, восприятий и ценностей, которые создают определённое видение реальности, оказывающееся основой самоорганизации общества. Таким образом, понятие парадигмы вырастает до общекультурного уровня, захватывая наряду с наукой также искусство и религию.

    Отход от детерминизма и абсолютизации позволяет и даже заставляет относиться к определениям достаточно гибко, допуская нотки игры и юмора. Из книги В.Г. Кротова «Словарь … парадоксальных определений» [9] можно, например, узнать, что наука — это кладбище гипотез (А.Пуанкаре); прогресс — идея, что будущее всегда право; рационализм — вера, что мир не сложнее наших представлений о нём.

    Современную эпоху справедливо характеризуют как кризисную, причём кризис имеет глобальные масштабы, охватывая все страны и все сферы жизни: экономическую, социальную, духовную. Наука несёт немалую долю ответственности за остроту переживаемого кризиса, оказавшись не в состоянии ни предсказать, ни разрешить назревшие проблемы. Претендуя на однозначную определённость, безусловную объективность, предельную полноту описания, традиционная наука отрывалась от жизни с её гибкостью, открытостью, свободой воли. В своём стремлении к идеалу полноты и точности естественные науки создавали мощный аппарат моделирования завершённых теорий, а гуманитарные науки, следуя за ними, строили искусственные классификации, искусственные языки, искусственные интеллекты, и прочие безжизненные конструкции. Лишь по мере разочарований стало приходить понимание, что для изучения жизнеспособных, органических, развивающихся объектов нужна иная методология, новая парадигма [10].

    Признаки становления новой парадигмы уже различимы. В естествознании всё чаще говорится о междисциплинарности, комплексности, системности; в философии всё больший вес приобретают такие понятия как синтез, всеединство, целостность; в политике провозглашается приоритет общечеловеческих ценностей перед групповыми, усиливается переориентация от вражды к сотрудничеству, экологические требования обретают черты нравственного императива. Синтезирующую роль берёт на себя культура, объединяя науку, искусство и духовные учения в целостность ноосферы. «Все религии, искусства и науки являются ветвями одного дерева», — писал А.Эйнштейн в последние годы своей жизни [11].

    Задача нашего курса — не собирательное знание, а целостное понимание. Поэтому программа начинается с метода, способного реализовать целостный подход к изучаемому предмету. Главная трудность состоит в том, что меняется сама парадигма, так что вместо господствующей концептуальной системы приходится иметь дело с перестройкой научных платформ. Концепции современного естествознания находятся в состоянии брожения, обновления, переосмысления. Речь идёт не просто о смене антитез, как это бывало в прошлом, а о совмещении оппозиций в жизнеспособном синтезе с участием мерообразующего фактора. Динамике этих процессов посвящена вторая глава программы. Завершается курс изложением современных концепций в физике, биологии, синергетике.

    Существенное значение всегда имеет стиль изложения, который должен соответствовать духу парадигмы. В стабильные периоды обучение сводилось к освоению апробированных знаний. Если наука требовала вечного беспокойства, то преподавание обычно велось с непоколебимой уверенностью. Заучивая готовые формулы, ученик оставался вне сути явлений. Но «истина должна быть пережита, а не преподана», — писал Г.Гессе в известном романе «Игра в бисер» [12].

    В новой парадигме преподавание не может быть изложением готовых истин. Поиски, сомнения, переживания должны сопровождать обучение, вовлекая в этот процесс всех участников. Конечно, для этого необходимо, чтобы преподаватель опирался не столько на книжное знание, дополненное личным опытом, сколько на своё собственное, выстраданное в творческих исканиях, возможно подкреплённое и выровненное книжной информацией. Необходимо, но не достаточно, ибо требуется ещё заинтересованное участие аудитории в движении мысли. «Пока человек производит акт сравнения внешних предметов, не имеющих к нему отношения, и не вовлекает самого себя в акт сравнения — он не мыслит», — говорил М.К.Мамардашвили [13]. В социологии различаются методы включённого наблюдения и наблюдающего участия. Переход от первого ко второму реализовал в своей работе и жизни А.Н.Алексеев, книгу которого «Драматическая социология» [14] стоит прочитать любому обитателю современного социума.

    Многочисленные ссылки на литературу не предполагают обращение к источнику в каждом случае, а предоставляют возможность этого при появлении специального интереса и для получения точной справки. В приложениях даётся перечень учебных пособий по современному естествознанию, список вопросов для зачётов и экзаменов и список блиц-вопросов, предполагающих блиц-ответы.

    Глава 1. Структурная методология целостного подхода

    Нам предстоит освоить метод познания целостных объектов, который должен воспроизводить главные, определяющие свойства целостности, каким бы ни было её воплощение: молекулой, человеком, Вселенной. Столь трудная задача вряд ли была бы посильной, если бы не возможность ограничиться структурными закономерностями, абстрагируясь от предметного содержания. Этот путь нам подсказывает семиотика, теория знаковых систем, которая достигла успехов именно благодаря отвлечению от содержания [15]. Роль знаков для нас будут играть структуры.

    1.1.1. Недостаточность бинарной схемы.

    Классическая научная парадигма имела отчётливо аналитический характер. Склонность к анализу, как визитная карточка науки, сохраняется в нашем подсознании, несмотря на все трансформации картины мира. Анализ (греч. analysis — разложение) стал синонимом научного исследования вообще. Он начинается с различения, сопоставления, противопоставления. Число элементов в отдельном акте может быть различным. Простейший вариант —дихотомия, расщепление на две части. Так появляются бинарные оппозиции, диады. И этот способ стал доминирующим, повсеместным: лево-право, верх-низ, вперёд-назад, раньше-позже, хорошо-плохо, тепло-холодно. В литературе: «Отцы и дети», «Война и мир», «Преступление и наказание». В философии: субъект- -объект, необходимость-случайность, материализм-идеализм. По этой схеме произошло и деление наук на естественные и гуманитарные, на фундаментальные и прикладные. Отсюда и проблема двух культур, о которой писали Ч.Сноу [16], Е.Фейнберг [17] и многие другие.

    Источник:

    spkurdyumov.ru

    Синергетика в современном естествознании

    Синергетика в современном естествознании

    Большинство реальных процессов в природе носит необратимый характер, и фактор времени играет существенную роль для их описания. Однако долгое время физика изучала только обратимые процессы. В классической механике достаточно было задать систему координат и скорость движущегося тела, для того чтобы определить характер его движения. С помощью математических вычислений, зная начальные условия, можно было определить положение тела в любой момент как в прошлом, так и в настоящем или будущем.

    Впервые фактор времени был учтен при описании тепловых процессов в термодинамике. В науку было введено понятие энтропии – меры беспорядка в системе (2.3). Однако понимание необратимости процессов в термодинамике, связанных с повышением энтропии, дезорганизацией и разрушением системы, конфликтовало с явлениями самоорганизации и усложнения систем, которые наблюдались в живой природе. Эволюция живых систем, вопреки законам возрастания энтропии, приводила к их усложнению и повышению степени самоорганизации. Окончательно противоречие физических и биологических представлений было осознано в конце XIX в. после создания эволюционной теории Ч. Дарвина.

    Конфликт физических и биологических представлений удалось разрешить после того, как наука обратилась к понятию открытой системы. В закрытых системах, которые рассматривались классической физикой в качестве естественных, не происходит обмена энергией и веществом с внешним миром. В замкнутых системах вектор протекания процессов направлен от упорядоченности через равновесие к хаосу. Такие системы стремятся к состоянию максимальной неупорядоченности. Основными характеристиками процессов в замкнутых системах являются равновесность и линейность.

    Открытые системы, напротив, обмениваются энергией, веществом и информацией с внешним миром. В таких системах при определенных условиях могут самопроизвольно возникать новые упорядоченные структуры, повышающие степень самоорганизации системы. Ключ к пониманию процессов самоорганизации был найден в представлении о взаимодействии системы с окружающей средой. Основными характеристиками процессов в открытых системах являются неравновесность и нелинейность.

    Изучением открытых неравновесных систем занимается синергетика. Синергетика возникла на стыке физики и химии в 70-е гг. XX в., а затем приобрела статус междисциплинарного подхода. Основоположниками синергетики являются И. Пригожин и Г. Хакен. Термин «синергетика» происходит от греч. sinergia – сотрудничество, содействие.

    Синергетика, так же как кибернетика, изучает системы с обратной связью. Однако в отличие от кибернетики, изучающей динамическое равновесие в самоорганизующихся системах, синергетика исследует механизмы возникновения новых структур за счет разрушения старых, а не процессы стабилизации. Синергетические системы функционируют в соответствии с принципом положительной обратной связи.

    Синергетика является наиболее общей на данный момент теорией самоорганизации и изучает закономерности этих явлений во всех типах материальных систем. Как пишет Г. Хакен, принципы самоорганизации распространяются «от морфогенеза в биологии, некоторых аспектов функционирования мозга до флаттера крыла самолета, от молекулярной физики до космических масштабов эволюции звезд, от мышечного сокращения до вспучивания конструкций». Синергетика претендует на открытие универсальных механизмов самоорганизации как в живой, так и в неживой природе. Теоретической основой синергетики выступает термодинамика нелинейных систем, или неравновесная термодинамика.

    Исходным принципом синергетической концепции является различие процессов в открытых и закрытых системах. В отличие от классической науки, рассматривавшей закрытые системы как абсолютный тип упорядоченности мира, синергетика в качестве предмета изучения выбирает открытые системы. По мнению ее создателей, именно открытые системы являются универсальными, а протекающие в них процессы способствуют самоорганизации мира. «Искусственное может быть детерминированным и обратимым, – пишут И. Пригожин и И. Стенгерс, – естественное же непременно содержит элементы случайности и необратимости». Система называется самоорганизующейся, если она без специального воздействия извне обретает новую пространственную, временную или иную структуру. Главные свойства открытых самоорганизующихся систем – неустойчивость и нелинейность.

    Опираясь на это знание, синергетика предлагает следующее объяснение механизма возникновения порядка из хаоса. Пока система находится в состоянии термодинамического равновесия, все ее элементы ведут себя независимо друг от друга и на создание упорядоченных структур неспособны. В какой-то момент поведение открытой системы становится неоднозначным. Та точка, в которой проявляется неоднозначность процессов, называется точкой бифуркации (разветвления). В точке бифуркации изменяется роль внешних для системы влияний: ничтожно малое воздействие приводит к значительным и даже непредсказуемым последствиям. Между системой и средой устанавливается отношение положительной обратной связи, т. е. система начинает влиять на окружающую среду таким образом, что формирует условия, способствующие изменениям в ней самой. Т. е. система противостоит разрушительным влияниям среды, меняя условия своего существования.

    Под влиянием энергетических взаимодействий с окружающей средой в открытых системах возникают так называемые эффекты согласования и кооперации, когда различные элементы начинают действовать в унисон. Такое согласованное поведение синергетика называет когерентным. Как следствие происходят процессы упорядочения, возникновения из хаоса новых структур. После возникновения новая структура, называемая диссипативной, включается в дальнейший процесс самоорганизации материи. Диссипативные структуры возникают за счет рассеяния (диссипации) энергии, использованной системой, и получения новой энергии из окружающей среды. Диссипатив-ная структура как бы извлекает порядок из окружающей среды, повышая собственную внутреннюю упорядоченность и увеличивая хаос и беспорядок во внешнем мире.

    Таким образом, внешние взаимодействия оказываются фактором внутренней самоорганизации систем, которые в свою очередь способствуют самоорганизации других систем и т. д. Взаимодействие системы со средой оказывается существенным условием ее эволюции. Процессы самоорганизации характеризуются нелинейностью, наличием обратных связей, открывающих большие возможности управляющего воздействия.

    Направление развития системы после прохождения точки бифуркации оказывается непредсказуемым. Однозначно спрогнозировать будущее открытой неравновесной системы оказывается невозможным. Таким образом, ключевую роль в процессах самоорганизации играют случайные факторы. «Будущее при нашем подходе, – пишут И. Пригожин и И. Стенгерс, – перестает быть данным; оно не заложено более в настоящем. Это означает конец классического идеала всеведения». Представление об объективности случайных факторов становится фундаментальным принципом современной науки.

    Синергетический подход позволяет ответить на вопрос: почему вопреки действию закона энтропии мир демонстрирует высокую степень организованности и порядка? Синергетика последовательно опровергает теорию тепловой смерти Вселенной (2.3). Хаос понимается как особый вид регулярной нерегулярности и более не рассматривается как разрушительное состояние. Хаос созидателен, поскольку развитие и самоорганизация систем осуществляются через хаотичность и неустойчивость. Синергетика утверждает, что законы самоорганизации действуют на всех уровнях материи, поэтому синергетический подход позволяет преодолеть разрыв между живой и неживой природой и объяснить происхождение жизни через самоорганизацию неорганических систем. Создатель новой концепции И. При-гожин считает, что синергетический взгляд на мир меняет наше представление о случайности и необходимости, необратимости материальных процессов, трансформирует привычное представление о времени, позволяет иначе понять характер и сущность энтропийных процессов. В настоящее время синергетический подход получил признание не только в естествознании, но и в гуманитарных и социальных науках. Более того, синергетика постепенно преодолевает границы междисциплинарных научных исследований, превращаясь в новую мировоззренческую парадигму.

    Источник:

    www.e-reading.club

    Синергетическая парадигма в современном естествознании - Концепции самоорганизации и управления синергетика и кибернетика

    Синергетическая парадигма в современном естествознании

    Современные физические концепции строения материи приписывают ей свойства динамизма, развития, эволюционный характер. Научному мировоззрению, по крайней мере, с XIX века была присуща идея развития. Но после открытия Кельвином и Клаузиусом второго начала термодинамики господствовало достаточно пессимистическое представление, что базовым состоянием материи является состояние термодинамического равновесия (хаоса) - самого простого из всех возможных состояний системы, не обменивающейся энергией и веществом с окружающей средой. Господствующей тенденцией материи считалось стремление к разрушению спонтанно возникшей упорядоченности (в результате случайной маловероятной флуктуации) и возвращению к исходному хаосу. Следовательно, упорядоченное состояние вещества, которое наблюдается в доступной части Вселенной, возникло случайно, жизнь, как самая высокая из всех известных науке форм упорядоченности, тем более случайна и противоестественна. Это подтверждала, распространенная в 19 веке в космологии модель стационарной Вселенной. Что же заставило изменить этот, казалось бы, незыблемый взгляд на развитие, прийти к идее самоорганизации материи, которая внедрилась в научное мировоззрение во второй половине ХХ века и коренным образом изменила старые взгляды на материю и процессы ее развития?

    Истоки идеи самоорганизации систем. Эта идея порождена увеличением числа исследований в различных областях естествознания, посвященных кооперативным эффектам в открытых неравновесных системах. Первоначально в 60-х годах ХХ столетия такие исследования проводились независимо в разных дисциплинах, позже (в 70-х годах) они стали предметом сравнения, и в них обнаружилось много общего. Необходимо отметить, что в научной литературе одни авторы используют термин «самоорганизация», другие «синергетика». К концепции самоорганизации через разработку термодинамики открытых систем пришел бельгийский ученый Илья Пригожин (р. 1927 г.). А термин «синергетика» ввел немецкий физик Герман Хакен (р. 1927 г.). Слово «синергетика» древнегреческого происхождения, означает «сотрудничество, совместное действие». Лингвистический смысл слов различен, но концептуальных расхождений между этими научными направлениями нет. Как синергетика, так и теория самоорганизации исследуют процессы самоорганизации и самодезорганизации в открытых системах физической, химической, биологической, экологической, социальной и другой природы. Сегодня наука считает все известные системы от самых малых (элементарные частицы), до самых больших (Вселенная) - открытыми, обменивающимися энергией, (или) веществом и (либо) информацией с окружающей средой и находящимися, как правило, в состоянии, далеком от термодинамического равновесия. А развитие таких систем, как стало известно, протекает путем образования нарастающей упорядоченности. На такой основе возникло представление о самоорганизации вещественных систем. В широком плане понятие самоорганизации отражает фундаментальный принцип природы, лежащий в основе наблюдаемого развития от менее сложных к более сложным и упорядоченным формам организации вещества. Но у этого понятия есть и более узкое значение, непосредственно характеризующее способ реализации перехода от простого к более сложному. В таком значении самоорганизацией называют природные скачкообразные процессы, переводящие открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем сложности и упорядоченности по сравнению с исходным.

    Критическое состояние - это состояние крайней неустойчивости, достигаемое открытой неравновесной системой в ходе предшествующего периода плавного, эволюционного развития. Прежде чем привести примеры самоорганизации, необходимо уточнить, что же считать усложнением элементов и систем, их переходом от более простых к более сложным формам. Понятия «простой» и «сложный» всегда относительны, их смысл выявляется только при сопоставлении свойств родственных объектов. Так, протон сложен относительно кварков, но прост относительно атома водорода; атом сложен относительно протона и электрона, но прост относительно молекулы и т.д. При этом мы видим, что сложные объекты обладают новыми качествами, которых лишены исходные простые элементы, доставляющие их. Таким образом, природу можно представить как цепочку нарастающих по сложности элементов. Процессы объединения «простых» элементов с образованием «сложных» систем протекают лишь при выполнении определенных условий. Например, если температура (энергия) окружающей среды превышает энергию связи двух частиц, то они не смогут удерживаться вместе. При снижении температуры до значений, при которых энергия среды и энергия связи частиц окажутся равными, наступает критический момент, и дальнейшее снижение температуры делает возможным процесс фиксирования частиц (например, протона и электрона) в атоме водорода. Намного сложнее обстоит дело при соединении атомов в молекулы. Здесь также существуют пороговые значения параметров (температуры, плотности), называемые критическими значениями, которые отделяют область возможного образования от области, где этот процесс невозможен. Затем идут новые уровни сложности и упорядоченности вещества. Наиболее высокий уровень упорядоченности, известный науке - живая система. Считалось, что феномен жизни противоречит господствовавшим физическим представлениям о стремлении материи к хаосу. Жизнь представлялась упорядоченным и закономерным поведением материи, основанным не только на тенденции переходить от упорядоченности к неупорядоченности, но частично и на существовании упорядоченности, которая поддерживается все время. Эта проблема впервые была четко сформулирована в книге известного физика-теоретика Э. Шредингера «Что такое жизнь?». Анализ, проделанный им, показывал, что феномен жизни разрушает постулат о единственной тенденции развития вещества - от случайно возникшей упорядоченности к неупорядоченности, рожденный классической термодинамикой. Живые системы оказались способны поддерживать упорядоченность вопреки «естественной» тенденции. После выхода книги Шредингера создалась любопытная ситуация: за живым веществом признавалась способность проявлять как тенденцию к разрушению упорядоченности, так и тенденцию к ее сохранению. А за неживой природой по-прежнему признавалась только одна тенденция - неизбежно разрушать любую упорядоченность, возникшую в результате случайных отклонений от равновесия. И лишь сравнительно недавно стало ясно, что тенденция к созиданию, к переходу от менее упорядоченного состояния к более упорядоченному, то есть самоорганизация, присуща неживой природе в той же мере, что и живой. Нужны лишь подходящие условия для ее проявления. Выяснилось, что все разномасштабные самоорганизующиеся системы, независимо от того, каким разделом науки они изучаются, будь то физика, химия, биология или социальные науки, имеют единый алгоритм перехода от менее сложных и менее упорядоченных к более сложным и более упорядоченным состояниям. Тем самым открывается возможность единого теоретического описания подобных процессов во времени и пространстве. Разработка теории самоорганизации началась в середине ХХ столетия и продолжается в настоящий момент, причем по нескольким, сходящимся направлениям:

    синергетика (Г. Хакен),

    термодинамика неравновесных процессов (И. Пригожин),

    концепция эволюции органических молекул (М. Эйген),

    концепция эволюции открытых каталитических систем (А.П. Руденко)

    теория катастроф (Р. Том).

    Синергетика - по определению ее создателя - немецкого физика Г. Хакена - занимается изучением систем, состоящих из многих подсистем самой различной природы, таких как электроны, атомы, молекулы, клетки, нейтроны, механические элементы, фотоны, органы животных и даже люди… Это наука о самоорганизации простых систем, о превращении хаоса в порядок.

    В синергетике возникновение упорядоченных сложных систем обусловлено рождением коллективных типов поведения под воздействием флуктуации, их конкуренцией и отбором того типа поведения, который оказывается способным выжить в условиях конкуренции. Как замечает сам Хакен, это приводит нас в определенном смысле, к своего рода обобщенному дарвинизму, действие которого распространяется не только на органический, но и на неорганический мир. Самоорганизация, по Г. Хакену, - это «спонтанное образование высокоупорядоченных структур из зародышей или даже из хаоса». Переход от неупорядоченного состояния к упорядоченному происходит за счет совместного и синхронного действия многих подсистем (или элементов), образующих систему.

    Г. Хакен выделил кооперативные (коллективные) процессы во всех самоорганизующихся системах. Первоначально сферой приложения синергетики Г. Хакена была квантовая электроника и радиофизика. Ярким примером самоорганизации может служить система, изученная им - лазер. Этот прибор создает высокоорганизованное оптическое излучение. Традиционные источники света - лампы накаливания, газоразрядные лампы - создают оптические излучения за счет процессов, подчиняющихся статистическим законам. Роль рабочего вещества в твердотельном лазере выполняет монокристалл (чаще всего рубин), в котором имеются активные атомы, возбужденные энергией, подведенной извне в процессе так называемой «накачки» энергии. Пока мощность накачанной энергии мала, атомы в кристалле возбуждаются не согласовано и излучают световые микроволны тоже разрозненно по времени и направлению. В этом случае лазер испускает рассеянный свет, как осветительная лампа. Но когда накачка энергией активного вещества лазера достигает порогового значения мощности, то все возбужденные в кристалле атомы - антенны внезапно начинают излучать свет синхронно и однонаправленно, и от сложения множества микроизлучений образуется один мощный поток света, лазерная установка переходит в режим генерации. То есть при генерации лазерного луча в атомной системе кристалла происходит самоорганизация. Это означает также, что лазер является системой, находящейся вдали от равновесия и что такая система может находится в устойчивом состоянии только за счет поступления извне энергии.

    Другими примерами кооперативных эффектов могут быть: коллективно выстраивающиеся одинаковые ориентации элементарных магнитных моментов в ферродинамике; коллективно и согласованно самоорганизующиеся вихри внутри жидкости, порождающие видимую на макроскопическом уровне турбулентную структуру.

    По Хакену, объект изучения синергетики, независимо от его природы, обязан удовлетворять следующим требованиям:

    открытость - обязательный обмен энергией и (или) веществом с окружающей средой;

    существенная неравновесность - достигается при определенных состояниях и при определенных значениях параметров, характеризующих систему, которые переводят ее в критическое состояние, сопровождаемое потерей устойчивости;

    выход из критического состояния скачком, в процессе типа фазового перехода, в качественно новое состояние с более высоким уровнем упорядоченности.

    Скачок - это крайне нелинейный процесс, при котором малые изменения параметров системы (обычно они называются управляющими параметрами) вызывают очень сильные изменения состояния системы, ее переход в новое качество.

    Например, при снижении температуры воды до определенного значения она скачком превращается в лед. Около критической точки перехода достаточно изменить температуру воды (управляющий параметр) на доли градуса, чтобы вызвать ее практически мгновенное превращение в твердое тело.

    Подобные же процессы есть в химии - смешивание жидкостей разных цветов, когда попеременно получается жидкость то красного, то синего цвета (реакция Белоусова-Жеботинского); в биологии - мышечные сокращения, электрические колебания в коре головного мозга, явление морфогенеза (отдельные клетки бывают только недифференцированными, специализация развивается в соответствующем окружении других клеток), динамика популяций (временные колебания численности видов) и т.д.

    Самоорганизующиеся системы обретают присущие им структуры или функции без какого бы то ни было вмешательства извне. Обычно эти системы состоят из большого числа подсистем. При изменении определенных условий, которые называются управляющими параметрами, в системе образуются качественно новые структуры. Эти системы обладают способностью переходить из однородного, недифференцированного состояния покоя в неоднородное, но хорошо упорядоченное состояние или в одно из нескольких возможных состояний. Этими системами можно управлять, изменяя действующие на них внешние факторы. Поток энергии или вещества уводит физическую, химическую, биологическую или социальную систему далеко от состояния термодинамического равновесия. Изменяя температуру, уровень радиации, давление и т.д., мы можем управлять системами извне.

    Самоорганизующиеся системы способны сохранять внутреннюю устойчивость при воздействии внешней среды, они находят способы самосохранения, чтобы не разрушаться и даже улучшать свою структуру.

    Таким образом, сама логика научного развития, включая новые экспериментальные данные, потребовала в 50-60-х годах ХХ столетия перейти от рассмотрения слабонеравновесных к изучению сильнонеравновесных систем, от стационарных неравновесных состояний к исследованию неустойчивых неравновесных состояний.

    Механизм протекания процессов самоорганизации (по И. Пригожину)

    В начале 70-х годов И. Пригожину удалось разработать новую концепцию самоорганизации химических и физических систем. Источником самоорганизации Пригожин считал случайные неоднородности, либо флуктуации (отклонения среды от положения нормали), которые до некоторых пор гасятся силами внутренней инерции. Далее случайные микрофлуктуации перерастают в состояние хаоса. Но когда в систему с хаотическим состоянием поступает из среды достаточно большое количество свежей энергии, то из хаоса рождаются крупномасштабные флуктуации макроскопического уровня. Эти макроскопические флуктуации представляют собой коллективные формы поведения множества микрочастиц, которые назвали модами. Между модами (конфигурациями) возникает конкуренция и происходит отбор наиболее устойчивых из них.

    Вот как И. Пригожин обрисовывает в общем виде и кратко путь эволюции системы от исходного состояния через хаос к состоянию новой организованности. В замкнутую изолированную систему энергия или вещество вводятся извне дозировано, чтобы исходное состояние в ней не выходило за рамки заданных границ (к примеру, русская печь, костер и т.д.). В открытой нелинейной системе нет таких ограничений. Здесь вещество и энергия среды могут поступать в нее произвольно, поэтому такая система может выходить из состояния равновесия и стать неравновесной. По мере дальнейшего притока вещества и энергии она с ускорением (нелинейно, не однонаправленно) уходит все дальше от положения равновесия, становясь, все более неравновесной и нерегулируемой. Организация состояния такой системы все больше расшатывается, пока, наконец, вовсе не разрушится и процесс не станет хаотичным. Таким образом, на первой стадии своей эволюции неравновесный процесс переходит от состояния порядка к хаосу.

    Состояние максимальной хаотичности неравновесного процесса называют точкой бифуркации (от лат.bifurkus - раздвоенный). Благодаря хаотичности дальнейшее развертывание неравновесного процесса имеет не один путь движения, а множество возможных путей из зоны ветвления, то есть из точки бифуркации. Состояние бифуркации можно уподобить положению шарика на выпуклой поверхности, типа сферической, которое является неустойчивым. Любое влияние может вывести шарик из неустойчивого состояния, и он начнет скатываться сверху вниз. По какой траектории он будет катиться из точки бифуркации - угадать точно невозможно. Это - случайный процесс.

    Но как только траектория движения сверху вниз определится, так направление движения начнет подчиняться необходимости. Теперь необходимость предопределяет, каким финалом завершится нелинейный процесс. Отрезок эволюционного пути от точки бифуркации до необходимого финала называют аттрактором (от лат. attrahere - притягиваю). Это значит, что конечный пункт развертывания нелинейного процесса, или финал, как бы притягивают к себе, то есть, предопределяют траекторию нелинейного процесса (движения шарика) от точки бифуркации. Аттрактор уподобляется некой воронке, или конусу, который своим раструбом обращен к зоне ветвления, а своим узким горлышком - к конечному результату. Это значит, что шарик, находящийся на выпуклой поверхности, может попасть в раструб воронки не из одной-единственной точки, а из ряда смежных положений зоны ветвления. По мере движения по аттрактору множество возможных вариантов движения сокращается и, в конечном счете, процесс с необходимостью завершается единственным результатом. Если в настоящий момент ввести дополнительную энергию извне в систему, то в хаотичном состоянии начнет зарождаться новая организация. Когда величина вводимой энергии достигает некоторого критического значения, то система внезапно (скачком) переходит из хаотического состояния в новое устойчивое (организованное) состояние.

    Развертывание нелинейного процесса от точки бифуркации до выбора аттрактора - это начало второй части эволюционного нелинейного процесса, в котором случайность и неслучайность (предопределенность) скомпенсированы, взаимно дополняют друг друга. В свете новой концепции иначе, чем раньше, решается вопрос о соотношении случайного и закономерного в развитии. Эволюционные этапы весьма жестко детерминированы, поведение системы здесь предсказуемо и даже управляемо, если имеются необходимые управленческие средства. В критических же точках (точках бифуркаций), достигаемых системой на завершающих стадиях эволюционного процесса, господствует случайность. В таких точках нельзя предугадать то новое устойчивое состояние, в которое система перейдет в ходе скачка. А следующий эволюционный этап стартует именно от случайного перехода системы на новый уровень. Точка бифуркации образно предстает в виде перекрестка с несколькими ответвлениями пути, и на нем, как в сказке, выбор пути означает и выбор судьбы.

    Синергетические процессы в предбиологических системах (по М. Эйгену).

    Еще одним независимым источником идей синергетики стали работы немецкого ученого М. Эйгена, специалиста в области молекулярной биологии. Он показал, что при благоприятных условиях среды сложные органические молекулы способны к самовоспроизводству и усложнению организации на предбиологическом уровне. При этом, как полагает М. Эйген, с усложнением организации органических молекул начинает действовать дарвиновский принцип естественного отбора. Строго говоря, концепция эволюции органических молекул М. Эйгена не укладывается в парадигму синергетики, а существенно выходит за ее рамки. Поэтому М. Эйген широко пользуется понятием информации, что вполне правомерно, так как структуры нового уровня организации возможны лишь на базе новой информации, которая, как и энергия, может черпаться только извне.

    Синергетика выступает сегодня как междисциплинарное научное направление, ориентированное на поиск общих законов эволюции и механизмов развития природного и социального мира. Синергетическая парадигма, широко внедрившаяся в науку и культуру, задает новое мировидение, отвергая однолинейный плоский детерминизм, показывая, что нет мира однозначного определения, а есть многозначная ветвящаяся древовидная крона возможных путей развития Космоса, биосферы и истории.

    Важное философско-методологическое и мировоззренческое значение для естественнонаучной и гуманитарной культуры имеют ключевые идеи синергетики о том, что:

    1 - сложноорганизованным системам нельзя навязывать пути их развития;

    2 - для них, как правило, существуют несколько альтернативных путей развития, а значит возможность выбора наиболее оптимальных из них;

    3 - хаос может выступать в качестве созидающего начала, конструктивного механизма эволюции;

    4 - в особых состояниях неустойчивой социальной среды действия каждого отдельного человека могут влиять на макросоциальные процессы;

    5 - зная тенденции самоорганизации системы, можно миновать многие зигзаги эволюции, ускорить ее;

    6 - многое в развитии мира свершается «вдруг», как бы непроизвольно, подобно мутациям в биологической эволюции.

    Отметим, что формирование синергетики как общенаучного направления не завершено и еще продолжается. До сих пор не получил адекватного решения главный вопрос - об источниках самоорганизации. А без этого само понятие самоорганизации остается недостаточно осмысленным и условным, имеющим лишь рабочее значение. Но, несмотря на это, у синергетики есть будущее, при чем, по словам Г. Хакена, «для нахождения общих принципов, управляющих самоорганизацией, необходимо кооперирование многих различных дисциплин».

    Источник:

    studbooks.net

    Синергетика в современном естествознании в городе Краснодар

    В представленном интернет каталоге вы можете найти Синергетика в современном естествознании по доступной стоимости, сравнить цены, а также посмотреть иные книги в группе товаров Книги. Ознакомиться с параметрами, ценами и обзорами товара. Доставка товара может производится в любой город России, например: Краснодар, Томск, Магнитогорск.