79017

Саморазвивающиеся синергетические системы и стратегия научного поиска

Доклад

Логика и философия

Саморазвивающиеся синергетические системы и стратегия научного поиска. Между тем подлинная самоорганизация по самому смыслу этого термина означает именно изменение прежней организации порядка или структуры и появление нового порядка и структуры в результате изменения взаимодействия между элементами системы. Точнее говоря причины такого изменения поведения элементов системы их самоорганизации следует искать в процессе взаимодействия элементов системы с внешней средой. Как признается он сам в то время он решал частную проблему и не...

Русский

2015-02-10

57 KB

5 чел.

41.Саморазвивающиеся синергетические системы и стратегия научного

поиска.

Автором термина «синергетика» (от греч. synergeticos — совместно действующий) является немецкий физик Г. Хакен.

Синергетика - междисциплинарное направление, которое занимается изучением систем, состоящих из многих подсистем различной природы (электронов, атомов, молекул, клеток, нейронов, механических элементов, органов животных, людей, транспортных средств и т.д.), и выявлением того, каким образом взаимодействие таких подсистем приводит к возникновению пространственных, временных или пространственно-временных структур в макроскопическом масштабе.

Для анализа процессов эволюции сложных систем, в том числе исторически развивающихся и глобальных, нам необходимо обратиться  к рассмотрению такого  нового  междисциплинарного  направления исследований, которое получило название синергетики.

Синергетику теперь стали рассматривать как парадигму исследования сложноорганизованных систем, которая находит широкое применение не только в естественных и технических науках, но все активнее вторгается в социально-экономическое и гуманитарное знание. Прогресс в познании сложных систем способствовал преодолению противопоставления простого и сложного, пониманию их относительности, а самое главное — раскрытию роли сложноорганизованных процессов в ходе эволюции и развития систем неорганического, органического и социального мира.

Основополагающая идея синергетики под разными названиями и чаще всего под именем самоорганизации уходит своими корнями в глубокую древность. По крайней мере, она осознавалась уже Аристотелем, а еще раньше играла важную роль в космогонических представлениях древних греков, которые рассматривали формирования мира как процесс возникновение космоса, или порядка, из хаоса, или беспорядка. Однако эта общая идея имела скорее характер гениальной догадки.

В философско-мировоззренческом плане проблема самоорганизации затрагивалась И. Кантом в «Критике суждения» в связи с внутренней целесообразностью в природе, где он рассматривает отличие искусственных объектов от естественных. По его мнению, в естественном образовании каждая его часть мыслится как обязанная своим существованием действию всех остальных частей и в свою очередь существует ради других и целого. Только при этих условиях они могут стать самоорганизованным бытием, и как таковые, названы целесообразными естественными образованьями.

Между тем подлинная самоорганизация по самому смыслу этого термина означает именно изменение прежней организации, порядка или структуры и появление нового порядка и структуры в результате изменения взаимодействия между элементами системы. Точнее говоря, причины такого изменения поведения элементов системы, их самоорганизации следует искать в процессе взаимодействия элементов системы с внешней средой.

Самоорганизация и, основанная на ней эволюция в живой природе и обществе, отнюдь не сводятся к сохранению динамического равновесия. Именно это глубокое различие между неживой и живой природой долгое время оставалось неразрешимым противоречием между классической термодинамикой и эволюционным учением Ч. Дарвина.

Важнейшая заслуга синергетики состоит в том, что она впервые сумела приблизиться к разрешению этого противоречия. Она экспериментально и теоретически доказала, что самоорганизация при наличии вполне определенных условий может происходить уже в простейших физико-химических, и других системах неорганической природы.

К формулировке основной идеи новой парадигмы самоорганизации разные ученые подходили, опираясь на свои конкретные исследования в разных областях науки. Исследования Г. Хакеном механизма работы лазеров, начатые в 1960 г., убедили его в том, что в них процесс самоорганизации начинается с возникновения когерентного, кооперативного движения молекул или атомов, образующих активную среду лазера. Поэтому в своем определении синергетики он подчеркивает именно кооперативный характер процессов самоорганизации. Как признается он сам, в то время он решал частную проблему и не пытался распространить полученные выводы на другие самоорганизующиеся системы.

В эти же годы Э. Лоренц, разрабатывая глобальную компьютерную модель для предсказания погоды, пришел к удивительному открытию. Используя ту же самую систему уравнений, с почти одинаковыми начальными условиями, он обнаружил, что они приводят к разным результатам. Детерминистическая система уравнений оказывалась «чувствительной» к начальным условиям и ее «поведение» оказывалось хаотическим. Но этот хаос обладал сложным, внутренним порядком или регулярностью, так что понятия порядка и регулярности, с одной стороны, и беспорядка и иррегулярности, с другой, оказывались относительными. Их нельзя было, поэтому противопоставлять друг другу в абсолютном смысле. Хаос оказывался специфической системой, обладающей весьма сложным порядком.

Осознание общности и аналогии этих конкретных процессов, как процессов самоорганизации в сложных системах, появилось во второй половине 70-х годов XX в. Признание общности и единства, разных по своей природе самоорганизующихся процессов постепенно привело ученых к необходимости создания междисциплинарного направления своих исследований.

 Важнейшим условием возникновения самоорганизации является наличие открытой системы, которое противоположно понятию закрытой системы классической термодинамики. Одно из первых определений этого понятия принадлежит выдающемуся австрийскому физику Э. Шредингеру, который сформулировал его в своей книге «Что такое жизнь с точки зрения физики?». В ней он подчеркнул, что характерная особенность биологических систем состоит в обмене энергией и веществом с окружающей средой. Средство, при помощи которого организм поддерживает себя постоянно на достаточно высоком уровне упорядоченности (равно на достаточно низком уровне энтропии), указывал он, в действительности состоит в непрерывном извлечении упорядоченности из окружающей его среды.

Взаимодействуя со средой, открытая система не может быть равновесной. С поступлением новой энергии или вещества неравновесность в системе возрастает. В конечном счете, прежняя взаимосвязь между элементами системы, которая определяет ее структуру, разрушается. Со временем между элементами системы возникают новые взаимосвязи и появляются кооперативные процессы, которые приводят к коллективному поведению элементов системы. Именно кооперативные процессы приводят к образованию новых динамических структур. Так схематически могут быть описаны процессы самоорганизации в открытых системах.

Другим примером может служить самоорганизация, которая возникает в химических реакциях. В них она связана с поступлением извне новых химических реагентов, то есть веществ, обеспечивающих продолжение реакции, с одной стороны, и удаление в окружающую среду продуктов реакции, с другой. Самоорганизация обнаруживается здесь в появлении на поверхности раствора различных пространственных образований, концентрических волн, или периодическом изменении цвета раствора. Например, раствор может периодически менять свою окраску с синего цвета на красный цвет, и обратно, явление, которое впоследствии было названо «химическими часами».

Как же объясняет синергетика процесс самоорганизации систем?

  1.  Для этого система должна быть открытой, потому что закрытая, изолированная система в соответствии со вторым законом термодинамики, в конечном итоге должна прийти в состояние, характеризуемое максимальным беспорядком, или дезорганизацией.
  2.  Открытая система должна находиться достаточно далеко от точки термодинамического равновесия. Если система находится в точке равновесия, то она обладает максимальной энтропией и поэтому неспособна к какой-либо организации: в этом состоянии достигается максимум ее дезорганизации.

3. Если упорядочивающим принципом для закрытых, изолированных систем является эволюция в сторону увеличения энтропии или усиления их беспорядка (принцип Больцмана), то фундаментальным принципом самоорганизации служит, напротив, возникновение и усиление порядка через флуктуации. Такие флуктуации, или случайные отклонения, системы от некоторого среднего положения в самом начале подавляются системой. Однако в открытых системах, благодаря'усилению их неравновесности, эти отклонения со временем возрастают и, в конце концов, приводят к «расшатыванию» прежнего порядка и возникновению нового порядка. Этот процесс Пригожий характеризует посредством принципа образования порядка через флуктуации. Так как флуктуации имеют случайный характер, то можно допустить, что появление нового в мире всегда связано с действием случайных факторов. Здесь можно усмотреть связь с гениальной догадкой античных философов Эпикура и Лукреция Кара, допускавших случайность для объяснения возникновения нового в развитии мира.

4. В отличие от принципа отрицательной обратной связи, на котором основывается управление и сохранение динамического равновесия систем, возникновение самоорганизации опирается на диаметрально противоположный принцип — положительной обратной связи. Согласно этому принципу, изменения, появляющиеся в системе, не устраняются, а напротив, накапливаются и усиливаются, что и приводит, в конце концов, к возникновению нового порядка и структуры. Мы перечислили лишь самые необходимые, но далеко недостаточные условия для возникновения самоорганизации в физических системах. Уже в химических самоорганизующихся системах в «игру» вступают такие новые факторы, как процессы катализа, которые ускоряют химические реакции. Отсюда можно сделать вывод, что чем выше мы поднимаемся по эволюционной лестнице систем, тем более сложными и многочисленными оказываются факторы, которые играют роль в самоорганизации.

Самоорганизация и новые стратегии научного поиска. Широкое использование парадигмы самоорганизации в естественных науках и технике, а также постепенное проникновение ее принципов в экономические и социально-гуманитарные науки выдвигают проблему поиска новых стратегий научного поиска. Такая стратегия необходима для поиска решений ряда не только конкретных, но и глобальных общенаучных и мировоззренческих проблем.

Традиционный подход к изучению поведения сложных систем состоит в редукции, или сведении их к поведению простых элементов. Например, чтобы объяснить поведение сложных систем на макроуровне, исследователь стремится свести их к процессам на микроуровне, наделяя микрообъекты (например, атомы или другие ненаблюдаемые объекты) простыми свойствами. Синергетика же стремится понять связь и взаимодействие между микро- и макропроцессами как таковыми и поэтому не рассматривает свойства ненаблюдаемых объектов.

Основная идея, выдвигаемая синергетикой, заключается в том, что сложные системы качественно меняют свое макроскопическое состояние в результате изменений, происходящих на микроуровне.

Эти изменения недоступны для непосредственного наблюдения, но их совокупный результат доступен для наблюдения и описывается управляющими параметрами системы. При критическом значении этих параметров система переходит в новое макроскопическое состояние. Установить связь между невидимыми изменениями на микроуровне и видимыми изменениями на макроуровне, так же как и определить критические значения управляющих параметров из чисто абстрактных, теоретических соображений не представляется возможным. Поэтому здесь прибегают к конкретному исследованию сложноорганизованных систем с помощью наблюдений или экспериментов. Например, в реакции Белоусова — Жаботинского — управляющим параметром служит концентрация химических веществ, в лазере — напряженность электромагнитного поля внутри него. Изменяя управляющие параметры, можно достичь критического значения, когда система резко и спонтанно переходит в качественно новое состояние.

Анализ поведения системы при переходе от прежнего состояния к новому состоянию в критической точке имеет решающее значение для понимания процесса самоорганизации. Именно здесь ясно прослеживается взаимосвязь между случайностью и необходимостью в процессе самоорганизации системы. Флуктуации, представляющие собой случайные отклонения системы от равновесия в ходе взаимодействия со средой и возрастания неравновесности системы, постепенно усиливаются, пока не достигнут определенной критической точки, в которой и происходит превращение случайных изменений в детерминированное, необходимое движение системы. Однако какое направление дальнейшего движения или траекторию после критической точки «выберет» при этом система, зависит в свою очередь от ряда случайных обстоятельств. Используя знакомый нам термин бифуркации, можно сказать, что в зависимости от сложившихся случайных обстоятельств, система может «выбрать», по меньшей мере, две возможные траектории будущего движения. Предсказать, какой конкретно путь «выберет» система, невозможно.

Возвращаясь к вопросу о взаимосвязи между микро- и макроуровнем в процессе самоорганизации, следует подчеркнуть, что при постепенном изменении системы на микро уровне обычно возникает множество различных конфигураций состояний и их будет тем больше, чем большее число компонентов содержит система. Но все такие конфигурации управляются параметрами порядка.

Принцип подчинения параметрам порядка играет важнейшую роль в понимании процессов самоорганизации. В каждом таком процессе параметров порядка существует сравнительно немного, в то время как система может состоять из большого числа компонентов, которые могут создавать огромное количество состояний. Введение параметров порядка значительно облегчает анализ самоорганизующихся процессов и проливает дополнительный свет на понимание категории причинности в современном научном познании.

Если традиционное понимание линейной причинности предполагает, что только причина вызывает или порождает действие, то процессы самоорганизации ясно показывают, что действия также могут оказывать влияние на породившую их причину или причины. Действительно, поведение компонентов системы подчиняется и управляется параметрами порядка, но в то же время сами параметры порядка возникают в результате взаимодействия компонентов системы. Так возникает представление о циклической причинности, включающее признание обратного влияния действия на породившую его причину.

Появление нелинейной термодинамики и синергетики способствовало переходу от линейного мышления, которое утвердилось в рамках механистической картины мира к нелинейному мышлению современной науки. В отличие от классической линейной термодинамики, предметом изучения которой являются равновесные и слабо неравновесные системы, нелинейная термодинамика исследует сильно неравновесные системы, поведение которых является нестабильным и точно непредсказуемым. Но именно такие системы больше всего встречаются в живой природе и обществе и поэтому они представляют наибольший интерес для науки.

Среди этих систем особого внимания заслуживают самоорганизующиеся и исторически развивающиеся системы, к которым относятся геологические, астрономические, биологические, социально-экономические и другие системы. Трудность их исследования заключается в том, что процессы самоорганизации и перехода к новым качественным состояниям в них требуют не только прогнозирования периодов неустойчивости и появления возможных точек бифуркации, но и конкретного анализа эволюции систем на всем протяжении исторического процесса развития. Поэтому анализ таких систем осуществляется как с помощью стандартных методов нелинейной термодинамики и синергетики, так и построения сценариев будущего их развития.

4


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

20574. Українські партії на початку 20 ст., їх програми, стратегія, тактика 29.5 KB
  з ініціативи групи харківських активістів культурницького і студентського руху: Д. була створена Революційна українська партія РУП. фактичним керівником РУП став М. У 1902 р від РУП відкололася Українська народна партія УНП організація націоналістичного напрямку яку очолював Махновський.
20575. Україна в роки Першої світової війни 40.5 KB
  українців було в російській армії та 250 тис. До них слід долучити 25 тис. На її заклик відгукнулося майже ЗО тис. Головна Українська Рада вирішила спиратись на ці сили.
20576. Первісний лад на території України 61 KB
  Основними заняттями людини були збиральництво і полювання. Соціальною формою існування за раннього палеоліту виступало людське стадо, оскільки лише колективне буття давало можливість вижити у складних кліматичних і природних умовах. Жили люди того часу в печерах або хижах із дерева та кісток мамонта.
20577. Зовнішня політика УНР. Берестейській договір та його наслідки. У зовнішній політиці 26.5 KB
  Зовнішня політика УНР. У зовнішній політиці Директорії вдалося розширити міжнародні зв'язки УНР її визнали Угорщина Чехословаччина Голландія Італія. Не визнали УНР країни Антанти й відроджена Польща яка претендувала на Правобережну Україну. Не визнавши гетьманської адміністрації дипломати країн Антанти не збиралися визнавати й поновлену УНР.
20578. Гетьманський переворот. Павло Скоропадський. Гетьманський уряд та його політика 39 KB
  після того як держави Антанти навіть не відповіли на пропозицію про мирні переговори Раднарком Росії розпочав їх з Німеччиною та її союзниками. був прийнятий закон Про посольства 1 місії Української Держави. Основний акцент робився на професійній підготовці фаховому рівні принциповості та патріотизмі працівників зовнішньополітичного відомства Української Держави. Міністрами закордонних справ Української Держави гетьмана П.
20579. Доба Директорії УНР: її внутрішня і зовнішня політика 39 KB
  Доба Директорії УНР: її внутрішня і зовнішня політика Політичні помилки тяжке становище трудящих залежність від окупаційної влади поразка Німеччини та її союзників у війні стали причинами падіння гетьманської влади в листопаді 1918 року. Коновальця Директорія повела наступ на Київ і захопила його 14 грудня 1918 року Прийшовши до влади вона обіцяла знищити поміщицьке землеволодіння встановити трудову владу провести вибори до Конгресу трудового народу якому й належатиме влада. Винниченко на черговому з'їзді Української...
20580. Зх. Укр. землі в 1918 р. Утворення ЗУНР. Петрушевич 32 KB
  Утворення ЗУНР. Левицьким і виданий тимчасовий закон про державну самостійність українських земель колишньої АвстроУгорської імперії за яким усі вони входили до складу Західноукраїнської Народної Республіки ЗУНР. Уряд ЗУНР переїхав до Тернополя а пізніше до Станіславова. перша сесія Української Національної Ради у Станіславові проголосила об'єднання ЗУНР з УНР в єдину державу.
20581. Відновлення радянської влади в Україні в 1919р. Селянсько-повстанський рух. 1919 р 27.5 KB
  Згідно з декретом Тимчасового робітничоселянського уряду вона дістала назву Українська Соціалістична Радянська Республіка УСРР а сам уряд з переїздом до Харкова зазнав значних змін на чолі уряду за рекомендацією В. Юридичне оформлення радянської державності на теренах України відбулося 10 березня 1919 р коли III Всеукраїнський з'їзд рад Харків прийняв першу Конституцію УСРР. Центральним завданням цієї диктатури Основний Закон УСРР визначив здійснення переходу від буржуазного ладу до соціалізму після чого диктатура а слідом за...
20582. Утворення СРСР. Статус України в складі Радянського союзу 29.5 KB
  Утворення СРСР. Повернімося однак до періоду що передував створенню СРСР. 10 грудня на VII Всеукраїнському з'їзді Рад було схвалено Декларацію про утворення СРСР і проект основ Конституції СРСР. З'їзд звернувся до з'їздів Рад інших радянських республік з пропозицією невідкладно оформити створення СРСР.