Понятие самоорганизации, синергетики

Оглавление

Введение 2

Понятие самоорганизации, синергетики 4

Примеры самоорганизации 8

Заключение 10

Список  использованной литературы 11

Введение

Процесс взаимодействия объектов, в результате которого возникает, воспроизводится или совершенствуется порядок или структура в системе называется самоорганизацией. Свойства самоорганизации обнаружены в системах различной природы: в клетке, организме, популяции, биогеоценозе и т. д. Вопросы самоорганизации рассматриваются в синергетике Хакена, теории диссипативных структур Пригожина, в кибернетике. Термин «самоорганизующаяся система» введен английским психиатром и кибернетиком Уильямом Эшби в 1947 году.

Самоорганизация в природных  и социальных системах - самопроизвольное возникновение упорядоченных неравновесных  структур в силу объективных законов  природы и общества.

Примеры самоорганизации  в простейших системах: лазерное излучение, ячейки Бенара, реакция Белоусова-Жаботинского, спиральные волны

Необходимые условия самоорганизации: неравновесность и нелинейность системы, её открытость.

Признак неравновесности  системы: протекание потоков вещества, энергии, заряда и т.д.

В последние десятилетия  внимание ученых привлекают процессы, происходящие в так называемых неравновесных  диссипативных структурах, или структурах, далеких от равновесия. Считается, что  разрабатываемая на этой основе теория, или парадигма, позволяет дать объективное  объяснение процессам, определяющим материальную действительность. Данная теория получила развитие усилиями известных ученых физиков: Г.Хакена, Г.Николиса, И.Пригожина, С.П.Курдюмова, Г.Г. Малинецкого и др.

        В  науке о процессах самоорганизации  - синергетике - главным является  отношение к вопросу о детерминированности  и индетерминированности природных явлений. При исследовании проблем природной среды и цивилизации, проблем устойчивого развития наибольший теоретический и практический интерес и особую важность представляют такие понятия теории неравновесной динамики, как взаимопереходы хаос-порядок, аттракторы, время, история развития целостных системных образований.

Возникающая из хаоса упорядоченная структура (аттрактор) является результатом конкуренции множества всевозможных состояний, заложенных в системе. В результате конкуренции идет самопроизвольный отбор наиболее адаптивной в сложившихся условиях структуры. На такой концепции построена модель универсального эволюционизма, где дарвинское учение об изменчивости, наследственности и естественном отборе получило фундаментальное методологическое обоснование. Изменчивость окружающего мира обусловливается случайностью и неопределенностью как фундаментальным свойством материи. Наследственность, от которой зависит настоящее и будущее, определяется прошлым. Степень зависимости от прошлого определяется «памятью» системы, которая теоретически может принимать значения в диапазоне от нуля (хаотические образования) до максимально бесконечной величины (жесткие причинно обусловленные системы). Однако реальные системы имеют некоторый небольшой диапазон «памяти», определяемый уровнем их организации. Изменчивость дает возможность появиться многообразию различных вариантов развития систем, но наследственность значительно ограничивает их число. Она отбирает только жизненные, наиболее целесообразные и устойчивые в сложившейся обстановке структуры, устраняя при этом все нежизненные и неустойчивые.

На идеях синергетики  сформировалось современное миропонимание. Природа сквозь призму синергетики  предстает как развивающаяся, нелинейная, открытая сложноорганизованная иерархическая  система. Учитывая, что в природе  и обществе существует огромное количество реальных систем, которые подчиняются  законам синергетики, необходимо понять, что создание синергетической картины  мира по сути своей является научной  революцией, по своему статусу сравнимой  с открытием строения атома, созданием  генетики и кибернетики. Идеи синергетики  стали основой для сближения  традиционной европейской мысли  об уровнях организации материи  с идеями древней восточной философии  о глобальной взаимосвязи и взаимозависимости  всего сущего, о взаимодействии потенциального и реального.

Понятие самоорганизации, синергетики

Самоорганизация — процесс  взаимодействия объектов, в результате которого возникает, воспроизводится  или совершенствуется порядок или  структура в системе. Иными словами  это процесс самопроизвольного  усложнения структуры системы в  неустойчивом состоянии при взаимодействии ее с другими системами.Свойства самоорганизации обнаружены в системах различной природы: в клетке, организме, популяции, биогеоценозе и т. д. Вопросы самоорганизации рассматриваются в синергетике Хакена, теории диссипативных структур Пригожина, в кибернетике. Термин «самоорганизующаяся система» введен английским психиатром и кибернетиком Уильямом Эшби в 1947 году.

Проблема самоорганизации  материальных систем в XX веке становится одной из центральных проблем  науки. Существенный вклад в решение  этой проблемы вносит системный и  информационный подходы. Терминология, выработанная в этих областях исследования, приобрела общенаучный характер в описании и объяснении процессов  самоорганизации. Но обе эти области  исследования имеют дело в основном с материальными системами уже  достаточно высокого уровня организованности: биологические системы, социальные, технические и т.д. Процессы самоорганизации  в неживой природе остаются вне  интересов этих подходов.

Решение этой задачи берет  на себя научная дисциплина, именуемая  синергетикой. Ее основоположниками  считаются Г. Хакен и И. Пригожин. Закономерности явлений самоорганизации, открываемые синергетикой, не ограничиваются областью неживой природы: они распространяются на все материальные системы. Как отмечает Г. Хакен, принципы самоорганизации, изучаемые этой наукой, 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». М., 1980. С. 16).

Г. Хакен и И. Пригожин делают акцент, прежде всего, на процессуальности материальных систем. Все процессы, протекающие в различных материальных системах, могут быть подразделены на два типа: во-первых, это процессы, протекающие в замкнутых системах, ведущие к установлению равновесного состояния, которое при определенных условиях стремится к максимальной степени неупорядоченности или хаоса, и, во-вторых, это процессы, протекающие в открытых системах, в которых при определенных условиях из хаоса могут самопроизвольно возникать упорядоченные структуры, что и характеризует стремление к самоорганизации. Основными характеристиками первого типа процессов является равновесность и линейность, главными характеристиками второго типа процессов, в которых проявляется способность к самоорганизации и возникновению диссипативных структур, является неравновесность и нелинейность. Природные процессы принципиально неравновесны и нелинейны; именно такие процессы синергетика рассматривает в качестве предмета своего изучения. Постулирование универсальности неравновесных и нелинейных процессов позволяет ей претендовать на статус общеметодологической дисциплины, сопоставимой с теорией систем и кибернетикой.

Синергетический подход акцентирует  внимание ученых на открытых системах, неупорядоченности, неустойчивости, неравновесности, нелинейных отношениях. Это не просто дополнительный в «боровском» смысле взгляд на мир, а доминантный взгляд, который должен характеризовать науку будущего. По мнению И. Пригожина синергетический взгляд на мир ведет к революционным изменениям в нашем понимании случайности и необходимости, необратимости природных процессов, позволяет дать принципиально новое истолкование энтропии и радикально меняет наше представление о времени.

Понимание феномена самоорганизации  связано с понятием диссипативной  структуры — структуры спонтанно  возникающей в открытых неравновесных  системах. Классическими примерами  таких структур являются такие явления, как образование сотовой структуры  в подогреваемой снизу жидкости (т.н. ячейки Бена-ра), «химические часы» (реакция Белоусова — Жаботинского), турбулентное движение и т.д.

Возникающая из хаоса упорядоченная  структура (аттрактор) является результатом  конкуренции множества всевозможных состояний, заложенных в системе. В  результате конкуренции идет самопроизвольный отбор наиболее адаптивной в сложившихся  условиях структуры. На такой концепции  построена модель универсального эволюционизма, где дарвинское учение об изменчивости, наследственности и естественном отборе получило фундаментальное методологическое обоснование. Изменчивость окружающего  мира обусловливается случайностью и неопределенностью как фундаментальным  свойством материи. Наследственность, от которой зависит настоящее  и будущее, определяется прошлым. Степень  зависимости от прошлого определяется «памятью» системы, которая теоретически может принимать значения в диапазоне  от нуля (хаотические образования) до максимально бесконечной величины (жесткие причинно-обусловленные  системы). Однако реальные системы имеют  некоторый небольшой диапазон «памяти», определяемый уровнем их организации. Изменчивость дает возможность появиться  многообразию различных вариантов  развития систем, но наследственность значительно ограничивает их число. Она отбирает только жизненные, наиболее целесообразные и устойчивые в сложившейся  обстановке структуры, устраняя при  этом все нежизненные и неустойчивые.

Прошедшие отбор и передающиеся по наследству жизненные структуры  постепенно под влиянием важных факторов накапливают определенные количественные изменения, что ослабляет их динамическую устойчивость (гомеостаз). Эти количественные изменения могут перейти в качественные путем скачка. При этом система на некоторое время оказывается в неустойчивом, флуктуационном состоянии, теряет «наследственную память». Характер ее последующего развития будет определяться случайными, непредвиденными факторами, действующими в это время на систему. При этом у системы для выхода из флуктуации есть только два пути: либо деградация и разрушение, либо самоорганизация, усложнение и эволюция. Подобный сценарий развития материи идет на всех ее структурных уровнях как череда сменяющих друг друга постоянных изменений. Таким образом, порядок и беспорядок, организация и дезорганизация выступают как диалектическое единство, их взаимодействие поддерживает саморазвитие системы.

Однако самым трудным  положением самоорганизации являются вопросы, как получается, что система  самопроизвольно переходит из состояния  хаоса как наиболее вероятного с  энергетической точки зрения в состояние  порядка, менее вероятного и менее  выгодного (как требующего более  высокой энергии); как и благодаря  чему происходит ее самоорганизация (самоупорядочение). Пока еще в современной науке на эти вопросы ответа нет.

В науке о процессах  самоорганизации - синергетике - главным  является отношение к вопросу  о детерминированности и индетерминированности природных явлений. При исследовании проблем природной среды и цивилизации, проблем устойчивого развития наибольший теоретический и практический интерес и особую важность представляют такие понятия теории неравновесной динамики, как взаимопереходы хаос-порядок, аттракторы, время, история развития целостных системных образований.

Как считает И.Пригожин, соглашаясь с детерминированностью развития природных процессов, мы тем самым утверждаем, что “в детерминистском мире природа поддается полному контролю со стороны человека...” (Пригожин, 1991, с. 47). Конечно же, положение о принципиальной возможности контроля всех природных явлений нельзя считать верным, но не является верным и то, что процессы в ней непредсказуемы, так как она нестабильна, индетерминирована. Утверждению Г.Николиса и И.Пригожина: “Мы существуем в мире неустойчивых процессов”, пожалуй, правильнее противопоставить другое: “Мы живем в мире непрерывно происходящих взаимопереходов устойчивых и неустойчивых процессов”. Нельзя категориче?ки утверждать, что преобладает неустойчивость и только она определяет развитие материи. Случайно организующееся направление вращения конвективных токов в ячейках Бенара (пример Николиса, Пригожина) не является главным. Совсем не важно, в какую сторону в каждом из последующих опытов в одной и той же конвективной ячейке начнет вращаться жидкость. Важно то, что всегда при постоянстве потока вещества и энергии формируется один и тот же портрет процесса и благодаря тому только, что он морфологически и по структуре является детерминированным.

Детерминированность и индетерминированность развития целостных систем определяется соотношением характерного времени развития внешних условий (Tx) и характерного времени формирования целостности (tx), предопределяемой этими условиями. Недопустимо не учитывать того, что в качестве внешних условий формирования целостностей определенного ранга выступают выходные характеристики целостных же систем более высокого ранга, в том числе и тех, которые разрушаются. Критерий детерминированности развития целостных систем HS (H - холистические, целостные; S - системы) определяется соотношением Tх и tх, или, что то же самое, соотношением развития HS более высокого ранга, формирующих внешние условия, с НS более низкого ранга, мало влияющими и не определяющими развитие высокоранговых целостных систем.

Примеры самоорганизации

Так, взаимодействие астероидов с какой-либо одной планетой солнечной  системы мало влияет на развитие других планет и тем более не оказывает  определяющего воздействия на Солнце. Развитие HS низшего ранга, в данном примере - планет и астероидов, является детерминированным в том отношении, что какими бы существенными ни были изменения на каждой из планет, не меняется инвариантная часть структуры функциональных отношений солнечной системы. Солнечная  система разрушится, если разрушится Солнце, но не какая-нибудь из составляющих ее планет. Эта система также разрушилась  бы, если вступила бы во взаимодействие с системой такого же или большего ранга, например со звездой, подобной Солнцу.

Однако, являясь детерминированной  по структуре функциональных отношений, HS не повторяет себя по форме (в деталях), т.е. морфологически она меняется, что  происходит вследствие присоединения  или убавления некоторого количества элементов. Так, если добавится или  убавится число планет, астероидов или комет в солнечной системе  или число элементов в экосистеме, они не перестанут быть таковыми, так  как структура функциональных отношений  в данных системах сохранится. Но морфологически и в размерах они, естественно, изменятся. И если законы функционирования систем известны, то они представляются нам  как развивающиеся, детерминированные.

Другой пример: ячейки Бенара формируются не только потому, что задан некоторый постоянный объем жидкости и поток энергии, но прежде всего в силу того, что свойства жидкости и ее объем в течение времени постоянны, а поток энергии является упорядоченным, строго заданным.

Данное положение справедливо  для всех познанных человечеством  целостных образований. Ни каменные розетки или каменные многоугольники и гирлянды, формирующиеся самопроизвольно  и подобно ячейкам Бенара, ни барханные цепи и пирамидальные дюны, любые другие удивительно правильно построенные формы рельефа и вся Земля, биогеоценозы и цивилизация, наконец вся солнечная система не могли бы сформироваться, не будь задан упорядоченный поток энергии и вещества. А это означает, что целостность какого-либо ранга формируется благодаря существованию целостностей более высокого ранга, вырабатывающих упорядоченные потоки вещества и энергии.