Синергетика как теория самоорганизации

Тема 20. Синергетика как теория самоорганизации.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ	3
1. Становление  синергетики	4
2. ОСНОВНЫЕ    ПОЛОЖЕНИЯ   СИНЕРГЕТИКИ.	11
3.САМООРГАНИЗАЦИЯ   РАЗЛИЧНЫХ  СИСТЕМ	14
3.1. Общая характеристика открытых систем	15
3.2. Примеры самоорганизации различных систем	18
3.2.1. Химические системы	18
3.2.2. Биологические системы	20
3.2.3.Самоорганизация в различных видах эволюции	24
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	26
ЛИТЕРАТУРА	29

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В научных традициях долгое время оставался недостаточно изученным вопрос о взаимоотношениях целого и части. Как стало ясно в середине 20 века часть может преобразовать целое радикальным и неожиданным образом.

Из классической термодинамики  известно, что изолированные термодинамические системы в соответствии со вторым началом термодинамики для необратимых процессов энтропия системы S возрастает до тех пор, пока не достигнет своего максимального значения в состоянии термодинамического равновесия. Возрастание энтропии сопровождается потерей информации о системе.

Со временем открытия второго закона термодинамики встал  вопрос о том, как можно согласовать  возрастание со временем энтропии в  замкнутых системах с процессами самоорганизации в живой и  не живой природе. Долгое время казалось, что существует противоречие между выводом второго закона термодинамики и выводами эволюционной теории Дарвина, согласно которой в живой природе благодаря принципу отбора непрерывно происходит процесс самоорганизации.

Противоречие между  вторым началом термодинамики и примерами высокоорганизованного окружающего нас мира было разрешено с появлением более пятидесяти лет назад и последующим естественным развитием нелинейной неравновесной термодинамики. Ее еще называют термодинамикой открытых систем. Большой вклад в становление этой новой науки внесли И.Р.Пригожин, П.Гленсдорф, Г.Хакен. Бельгийский физик русского происхождения Илья Романович Пригожин за работы в этой области в 1977 году был удостоен Нобелевской премии.

Как итог развития нелинейной неравновесной термодинамики появилась совершенно новая научная дисциплина синергетика - наука о самоорганизации и устойчивости структур различных сложных неравновесных систем: физических, химических, биологических и социальных.

Открытие самоорганизации  в простейших системах неорганической природы, прежде всего в физике и химии, имеет огромное научное и философско-мировоззренческое значение. Оно показывает, что такие процессы могут происходить в фундаменте самого "здания материи", и тем самым проливает новый свет на взаимосвязь живой природы с неживой. С такой точки зрения возникновение жизни на Земле не кажется теперь таким, редким и случайным явлением, как об этом говорили многие ученые раньше. С позиции самоорганизации становится также ясным, что весь окружающий нас мир и Вселенная представляют собой совокупность разнообразных самоорганизующихся процессов, которые служат основой любой эволюции.

Целью нашей работы является рассмотрение синергетики как теории самоорганизации в различных сложных неравновесных системах.

 

1. Становление синергетики

 

В конце ХХ в. в философии и науке произошли  принципиально существенные изменения  мировоззренческого и методологического  характера: переоценка классической гносеологии, сдвиги в ментальной и духовной атмосфере  общества. Это позволило заговорить о вхождении в качественно новый, постнеклассический этап развития, ”век бифуркации” (термин Э.Ласло,1991).

В наиболее концентрированном  виде названные тенденции нашли  свое выражение в теории изменения (И. Пригожин, 1984) и в новой междисциплинарной научной области – синергетике (термин Г.Хакена, 1978).

Синергетика в  буквальном смысле "ворвалась" в  научный мир и заполонила к  концу 90-х многие дисциплины, добравшись даже до философии (методологии). Философия  и методология синергетики сами сегодня становятся трансдисицплинарными. Это и не удивительно, т.к. современный этап развития научных знаний можно охарактеризовать как "жажду" единых концептуальных оснований. Начав с идеи единства, человечество, умудренное научными знаниями, переходит в 3-е тысячелетие снова в поиске единства.

Поэтому синергетика, объявившая, что одна из ее главных задач – это познание сквозных закономерностей в поведении  нелинейных открытых сред самой различной  природы: физических, биологических, социальных, экономических, психических, информационных и проч., познание принципов самоорганизации, подчинения, усиления, оказалась как нельзя кстати в научном мире.

Несмотря на кажущуюся молодость синергетики (терминологически 25 год, для науки  – это не возраст), она уже к  середине 90-х г. претендует на мировоззренческие позиции, ставя вопрос о синергетическом мировидении (Князева, Курдюмов, 1994) и порождает такие новые научные области как психосинергетика (Ершова-Бабенко, 1992).

К новой  научной парадигме относят сегодня  теорию изменения, индетерминизм, нелинейность, новую теорию самоорганизации, общую теорию эволюционных систем, глобальный эволюционизм и т.д. (см. работы И.Пригожина, Е.Князевой и С. Курдюмова, Н.Моисеева и Г.Хакена, Э.Ласло и др.).

В конце 80-х попытки  построить схему мирового процесса самоорганизации (Моисеев, 1987, 1991) привели ее автора к выводу, что подобная задача является уже не собственно естественнонаучной, а лежит на границе естествознания и философии.

Крупные изменения, происходящие в последние десятилетия  в мире науки показали, что на стыке нескольких наук возникла новая быстро развивающаяся (режим с обострением) область исследований – синергетика, которое, несмотря на противоречивые оценки, рассматривается сегодня как перспективное.

Целью этой науки  является выявление общих закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения упорядоченных временных и пространственных, или то и другое вместе, структур в сложных неравновесных системах (Хакен, 1991). Синергетика, по мнению С. Курдюмова (1994) занимается познанием сложного; поиском новых универсальных образцов самоорганизации сложных систем. Она направлена: на раскрытие универсальных механизмов самоорганизации и эволюции сложных систем, систем любого типа, как природных гак и человекомерных, в т.ч. и когнитивных систем; на раскрытие сквозной связи различных уровней бытия: микроуровня, привычного нам макро и мегауровней. Существует подобие процессов, общий рисунок событий, происходящих на разных уровнях организации, существуют общие геометрии поведения

Возникновение теории самоорганизации – синергетики – было подготовлено трудами многих выдающихся ученых. Это Ч.Дарвин – создатель теории биологической эволюции, Л.Больцман и А.Пуанкаре – основоположники статистического и динамического описания сложных движений. А также Л.Мандельштам, А.А.Андронов, Н.С.Крылов, Н.М.Крылов, Н.Н.Боголюбов, А.А.Власов, Л.Д.Ландау, Я.Б.Зельдович и многие другие.

1977–78-е годы  считаются годами рождения нового, объединяющего направления в  современной науке. Чтобы подчеркнуть  роль коллективных кооперативных эффектов в процессах самоорганизации, Г.Хакен назвал новое направление синергетикой. Несмотря на то, что целесообразность введения этого нового термина неоднократно и бурно оспаривалась, он применяется до сих пор. Во всяком случае, альтернативный термин пока не выдвинут.

Во второй половине 80-х годов была сделана попытка:

1) дать представление  о задачах синергетики в различных  областях знания - физике, химии,  биологии, общей теории вычислительных  систем, экономике, экологии, социологии;

2) выявить общие  черты рассматриваемых в них  проблем;

3) продемонстрировать  общность математического аппарата, которая проявляется как при  динамических, так и при статистических  описаниях;

4) изложить концепции  и теоретические методы синергетики.

Уже в этот период на многих примерах было показано единство основных понятий самоорганизации: - принципа подчинения; - параметра порядка; - диссипативных структур; - неравновесных фазовых переходов.

Именно в  середине 80-х годов был поставлен  вопрос о месте синергетики среди наук, о том, что ее значимость в объединяющей роли, а не в противопоставлении ее другим наукам, в частности, термодинамике.

Как уже говорилось, возникновение теории самоорганизации  – синергетики было подготовлено трудами многих выдающихся ученых. В том числе и ряда советских ученых, чьи работы стали, фактически независимым источником синергетических исследований, развернувшихся в 70-80-е годы.

В этом плане  обращают на себя внимание исследования в области прикладной математики, близкие к направленности работ Хакена, его параметрам порядка, исследования Климонтовича и его учеников, близкие к исследованиям развития термодинамики и статистической физики И.Пригожина, биофизические исследования М.В.Волькенштейна, Е.Е.Селькова, Д.С.Чернавского и др., работа А.М.Жаботинского по колебательным химическим реакциям, наконец, работа Б.Н. Белинцева (ученика М.В. Волькенштейна) по проблемам самоорганизации и морфогенеза.

Особую роль в становлении синергетики, по мнению некоторых исследователей, сыграла  научная школа А.А.Андронова, т.к. "эта школа создавала идейные предпосылки синергетики как исследовательской области" (Печенкин, 1994. С. 258). Данная точка зрения связана с пониманием синергетики как собирательного синонимичного физико-математического учения о самоорганизации, с позицией, что синергетика как исследовательская область складывалась вокруг концепции "самоорганизация" и поэтому название синергетика "охватывает ряд научных направлений, в том числе и те, в которых избегают употреблять этот термин" (там же).

Синергетические исследования восходят, фактически, к  изучению физико-математических проблем, учению о распределенных системах, непрерывных средах, примерам самоорганизации  в области наук о живой природе  и человеческом обществе. Пальма первенства здесь принадлежит киевским и московским физикам, работавших над проблемами горения, плазмы и лазеров. Поскольку синергетика складывалась при воздействии ряда областей теории нелинейных колебаний, то большую роль сыграла проблематика нелинейной оптики, физики плазмы и др.

Синергетика изучает  все процессы самоорганизации, происходящие на всех уровнях организации материи  с единой точки зрения и в этом смысле снимает разграничение природы  на живое и неживое, это научное  направление позволило построить  мост между естественными и гуманитарными науками.

Отличительная особенность синергетики – возникновение  из взаимодействия нескольких теоретически и концептуально высокоразвитых математизированных дисциплин. Однако, так как современная математика не обладает конкретным методом, с помощью которого можно было бы описывать процессы самоорганизации, необходим синтез нескольких ее методов. Синтез теории топосов, бифуркаций, флуктуаций вблизи неравновесных состояний позволяет позволяет адекватно описывать процессы самоорганизации, происходящие на всех уровнях организации материи.

Но и математика не может охватить все аспекты  и стороны самоорганизации и  для ее изучения необходим комплекс методов физических, химических, биологических  и математических.

Синергетика не просто объединила разные научные дисциплины и дала возможность изучения с единой точки зрения процессов самоорганизации, происходящих на всех уровнях организации материи, но и поставила перед философской наукой ряд актуальных и тотальных для всего научного знания проблем. Например, проблема нелинейности, неустойчивости, неравновесности самоорганизующихся систем, процесс эволюции материи, место и роль человека в процесса познания и т.д. Среди них далеко не последнее место занимают и методы исследования самоорганизующихся систем, ибо метод - это ключ к пониманию сущности и тенденций развития исследуемой реальности.

Существует  немало работ, так или иначе касающихся этой проблемы. В основном это или  конкретные естественнонаучные исследования или же абстрактные построения общефилософского характера. Имеются также философско-методологические работы, посвященные изучению сущности, содержанию и определению синергетики. Синергетика рассматривается также в свете общеметодологических принципов естественных наук.

90-е годы свидетельствуют, что популярность и роль синергетики с каждым часом существенно возрастает. Появляется много оригинальных работ, обзоров, монографий, учебных пособий по различным системам синергетики или теории самоорганизации.

Но, не смотря на различную интерпретацию области применения синергетики различными научными школами, со времен выхода в 1984 г. на русском языке книги Г.Хакена, в которой им была сделана попытка изложить конструктивный подход к теории образования временных, пространственных и пространственно-временных структур, состоялось достаточно конференций, симпозиумов, форумов, чтобы стал очевидным следующий факт: во второй половине 20 века наука столкнулась с проблемой недостаточности существующих инструментов исследования явлений, которые относятся к классу сложноорганизованных систем/сред. Это вызвало необходимость поиска новых инструментов исследования, а, главное, переосмысление исследовательских позиций, позиций философии, методологии, наконец, мировоззрения ученых.