Кибернетика и Синергетика

 
Содержание

Введение…………………………………………………………………………………….….2

1.Кибернетика …………………………………………………………………………………3

   1.1 Кибернетика как наука, основные понятия кибернетик …………………………..…3

   1.2 Вклад кибернетики в научную картину мира ……………………………………… ..5

2. Синергетика………………………………………………………………………………..6

   2.1 Синергетика как наука ………………………………………………………………....6

   2.2 Синергетические закономерности …………………………………………………….8

   2.3 Значение синергетики для современной науки и мировоззрения ………………… .9

Заключение…………………………………………………………………………………...10

Список литературы ………………………………………………………………………….11

Введение

  Фронт современной науки простирается от сравнительно частных, конкретных концепций относительно различных областей физического и химического мира, до глубочайших теорий, охватывающих различные сферы природы, общества и технической деятельности человека. К последним следует отнести кибернетику и синергетику. Поражает дерзость новых наук. Первая посягнула на познание механизмов управления в разных системах. Вторая -на проблему самоорганизации самой материи, творения нового. 
Рассмотрим различного рода системы, представляющие на первый взгляд смесь различных и далеко отстоящих друг от друга предметов и явлений. В мире есть 
"самодействующие" физические системы (от атома до планетарных систем и звездных ассоциаций), химические системы (например, органические соединения, биополимеры), биологические системы (растения, животное, человек), социальные системы (коллективы, отрасли производства, народное хозяйство, общество в целом). На самом деле, во всех этих системах есть общие свойства: способность к самодействию, подчиненность законам управления, процессы переработки информации, способность к самонастройке и самоорганизации и др. Изучением процессов управления в природе, обществе и технике и занимается наука кибернетика.

1. Кибернетика 

1.1 Кибернетика как наука, основные понятия кибернетики

    Кибернетика - наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в технических, биологических и социальных системах. Она сравнительно молода. Её основателем является американский математик Н. 
Винер (1894-1964), выпустивший в 1948 году книгу "Кибернетика, или управление их связь в животном и машине". Своё название новая наука получила от древнегреческого слова "кибернетес", что в переводе означает 
"управляющий", "рулевой", "кормчий". Она возникла на стыке математики, теории информации, техники и нейрофизиологии, ее интересовал широкий класс как живых, так и неживых систем. 
Со сложными системами управления человек имел дело задолго до кибернетики 
(управление людьми, машинами; наблюдал регуляционные процессы у живых организмов и т.д.). Но кибернетика выделила общие закономерности управления в различных процессах и системах, а не их специфику.  
    Кибернетика рассматривает проблемы управления уском фундаменте, вводя в науку новые теоретические «заделы», новый понятийный, категориальный аппарат. В общую кибернетику обычно включают теорию информации теорию алгоритмов, теорию игр и теорию автоматов, техническую кибернетику.

ТЕХНИЧЕСКАЯ КИБЕРНЕТИКА - отрасль науки, изучающая технические системы управления. Важнейшие направления исследований разработка и создание автоматических и автоматизированных систем управления, а также автоматических устройств и комплексов для передачи, переработки и хранения информации.

К основным задачам кибернетики относятся:

1) установление фактов, общих  для управляемых систем или  для некоторых их совокупностей;

2) выявление ограничений, свойственных управляемым системам. и установление их происхождения;

3) нахождение общих законов, которым подчиняются управляемые  системы;

   «Кибернетический» подход к системам характеризуется рядом понятий. 
Основные понятия кибернетики: управление, управляющая система, управляемая система, организация, обратная связь, алгоритм, модель, оптимизация, сигнал и др. Для систем любой природы понятие "управление" можно определить следующим образом: управление - это воздействие на объект, выбранное на основании имеющейся для этого информации из множества возможных воздействий, улучшающее его функционирование или развитие.  
   Всякая система управления рассматривается как единство - управляющей системы 
(субъекта управления) и управляемой системы - объекта управления. 
   Чтобы управление могло функционировать, то есть целенаправленно изменять объект, оно должно содержать четыре необходимых элемента:

1. Каналы сбора информации  о состоянии среды и объекта.

2. Канал воздействия на  объект.

3. Цель управления.

4. Способ (алгоритм, правило) управления, указывающий, каким образом  можно достичь поставленной цели, располагая информацией о состоянии  среды и объекта.

     Понятие цели, целенаправленности. Основатель кибернетики Н. Винер писал, что "действие или поведение допускает истолкование как направленность на достижение некоторой цели. 
    Цель определяется как внешней средой, так и внутренними потребностями субъекта управления. Цель должна быть принципиально достижимой, она должна соответствовать реальной ситуации и возможностям системы (управляющей и управляемой). За счет управляющих воздействий управляемая система может целенаправленно изменять свое поведение.

   Понятие обратной связи-между воздействием внешней Среды и реакцией системы устанавливается связь, то мы имеем дело с обратной связью. Принцип обратной связи характеризует информационную и пространственно-временную зависимость в кибернетической системе. Если поведение системы усиливает внешнее воздействие, то мы имеем дело с положительной обратной связью, а если уменьшает, -то с отрицательной обратной связью. Понятие обратной связи имеет отношение к цели управления. 

    Понятие информации. Управление - информационный процесс. информация - 
"пища", "ресурс" управления. Поэтому кибернетика есть вместе с тем наука, об информации, об информационных системах и процессах. Самый исходный смысл термина "информация" связан со сведениями, сообщениями и их передачей. 
Бурное развитие в нашем веке телефона, телеграфа, радио, телевидения и других средств массовой коммуникации потребовало повышения эффективности процессов передачи, хранения и переработки передаваемых сообщении информации. Информация измеримая величина. Она измеряется в битах.

   Каковы свойства информации?

- способность управлять  физическими, химическими, биологическими  и социальными процессами. Там, где  есть информация, действует управление, а там, где осуществляется управление, непременно наличествует и информация.

- способность передаваться  на расстоянии (при перемещении  инфоносителя). 
- способность информации подвергаться переработке.

- способность сохраняться  в течение любых промежутков  времени и изменяться во времени.

- способность переходить  из пассивной формы в активную. Например, когда извлекается из "памяти" для построения тех или иных  структур (синтез белка, создание  текста на компьютере и т. д.).

    Информация существенно влияет на ускоренное развитие науки. систем управления, техники и различных отраслей народного хозяйства. Политика, политическое управление, экономика - это концентрированная смысловая информация, т. е. такая, которая перерабатывается человеческим сознанием и реализуется в различных социальных сферах. Она обусловлена политическими, экономическими потребностями общества и циркулирует в процессе управления производством и обществом. Социальная информация играет огромную роль в обеспечении правопорядка, работы правоохранительных органов, в деле образования и воспитания подрастающих поколений.

Понятие самоорганизации. В современную науку это понятие вошло через идеи кибернетики.

Термин "самоорганизующаяся система" ввел кибернетик У. Росс Эшби для описания кибернетических систем.

Для самоорганизующихся систем характерны:

1) Способность активно  взаимодействовать со средой, изменять  ее в направлении, обеспечивающим  более успешное функционирование  системы:

2)наличие определенной  гибкости структуры или адаптивного  механизма, выработанного в ходе  эволюции;

3)непредсказуемость поведения  самоорганизующихся систем;

4)способность учитывать  прошлый опыт или возможность  научения.

Одним из первых объектов, к которым были применены принципы самоорганизации, был головной мозг.

1.2. Вклад кибернетики в научную картину мира

   Кибернетика устранила ту принципиально неполную научную картину мира, которая была присуща науке XIX и первой половине XX века. Классическая и неклассическая наука строила представление о мире на двух фундаментальных постулатах - материя и энергия. Создавала вещественно- энергетическую, вещественно- полевую картину мира.

   На постулатах о материи и энергии строились представления о пространстве и времени. Но в палитре научной картины мира не хватала важнейшей " краски" 
- информации.  Кибернетика (вместе с теорией информации) дала новое представление о мире, основанное на информации, управлении, организованности, обратной связи, целенаправленности. Создала информационную картину мира. Не энергия, а информация выйдет в XXI столетии на первое место в мире научных понятий.

  Кибернетика дала в руки человека сильнейшее оружие управления производством, обществом, инструмент усиления интеллектуальных способностей человека (ЭВМ). Современные ЭВМ (компьютеры) - универсальные преобразователи информации, а с преобразованием информации человек связан во всех областях своей деятельности (в политике, экономике, науке, профессиональной сфере и др.).

Философ Ф. Бекон писал, что "когда истина обнаружена, она налагает ограничения на мысли людей". На мир уже нельзя смотреть "докибернетическим взглядом".

2. Синергетика

    Синергетика (греч. "синергетикос" - совместный, согласованно действующий) 
- наука, целью которой является выявление, исследование общих закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения упорядоченных временных и пространственных структур в сложных неравноценных системах различной природы (физических, химических, биологических, экологических и др.). Термин "синергетика" буквально означает "теория совместного действия". Синергетика являет собой новый этап изучения сложных систем, продолжающий и дополняющий кибернетику и общую теорию систем. Если кибернетика занимается проблемой поддержания устойчивости путем использования отрицательной обратной связи, а общая теория систем - принципами их организации (дискретностью, иерархичностью и т. п.), то синергетика фиксирует свое внимание на неравновесности, нестабильности как естественном состоянии открытых нелинейных систем, на множественности и неоднозначности путей их эволюции. Синергетика исследует типы поведения таких систем, то есть нестационарные структуры, которые возникают в них под действием внешних воздействий или из-за внутренних факторов (флуктуации).

Синергетика исследует организационный момент, эффект взаимодействия больших систем. Возникновение организационного поведения может быт обусловлено внешними воздействиями (вынужденная организация) или может быть результатом развития собственной (внутренней) неустойчивости системы в системе (самоорганизация).

Синергетика возникла в начале 70-х гг. XX века. До этого времени считалось, что существует непреодолимый барьер между неорганической и органической, живой природой. Лишь живой природе присущи эффекты саморегуляции и самоуправления.

Синергетика перекинула мост между неорганической и живой природой. Она пытается ответить на вопрос, как возникли те макросистемы, в которых мы живем. Во многих случаях процесс упорядочения и самоорганизации связан с коллективным поведением подсистем, образующих систему. Наряду с процессами самоорганизации синергетика рассматривает и вопросы самодезорганизации - возникновения хаоса в динамических системах. Как правило, исследуемые системы являются диссипативными, открытыми системами.

Основой синергетики служит единство явлений, методов и моделей, с которыми приходится сталкиваться при исследовании возникновения порядка из беспорядка или хаоса - в химии (реакция Белоусова -Жаботинского), космологии (спиральные галактики), экологии (организация сообществ) и т.д.

    Модели синергетики - это модели нелинейных, неравновесных систем, подвергающихся действию флуктуации. В момент перехода упорядоченная и неупорядоченная фазы отличаются друг от друга столь мало, что именно флуктуации переводят одну фазу в другую. Если в системе возможно несколько устойчивых состояний, то флуктуации отбирают одну из них. При. анализе сложных систем, например, в биологии или экологии, синергетика исследует простейшие основные модели, позволяющие понять и выделять наиболее существенные механизмы "организации порядка" избирательную неустойчивость, вероятностный отбор, конкуренцию или синхронизацию подсистем. Понятия и образы синергетики связаны, в первую очередь, с оценкой упорядоченности и беспорядка - информация, энтропия, корреляция, точка бифуркации и др. 
    Методы синергетики в значительной степени пересекаются с методами теории колебаний и волн, термодинамики неравновесных процессов, теории катастроф, теории фазовых переходов, статистической механики, теории самоорганизации, системного анализа и др.

    Неравновесность связана с адаптацией к внешней среде (система вынуждена изменять свою структуру), система может претерпевать много различных состояний неопределенность и т.д. Переход от термодинамики равновесных процессов, к анализу открытых систем ознаменовал крупный поворот в науке, многих отраслях научных знаний. 
В открытых системах обнаружен эффект самоорганизации, эффект движения от хаоса к порядку.

Немецкий физик Герман Хакен термином «синергетика» предложил обозначить совокупный, коллективный эффект взаимодействия большого числа подсистем, приводящих к образаванию устойчивых структур и самоорганизации в сложных системах.

Конечно, феномен перехода от беспорядка к порядку, упорядочения ученые знали и до этого. В качестве примеров самоорганизации в неживой природе можно привести авторегуляцию, принцип наименьшего действия и принцип Ле- 
Шателье. Было открыто самопроизвольное образование на Земле минералов с более сложной кристаллической решеткой. В химии известны процессы, приводящие к образованию устойчивых структур во времени. Примером является реакция Белоусова-Жаботинского, где раствор периодически меняет свой цвет от красного к синему в зависимости от концентрации соответствующих ионов.

2.1 Синергетические закономерности

Как же синергетика объясняет процесс движения от хаоса к порядку, процесс самоорганизации, возникновения нового»? 
1. Для этого система должна быть открытой, и от точки термодинамического равновесия. По мнению Стенгерс, большинство систем открыты - они обмениваются энергией, веществом информацией с окружающей средой. 
Главенствующую роль в окружающем мире играет не порядок, стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновестность, от есть непрерывно флуктуируют. 
2. Фундаментальным условием самоорганизации служит возникновение и усиление порядка через флуктуации. 
3. В особой точке бифуркации флуктуация достигает такой силы, что организации системы не выдерживает и разрушается, и принципиально невозможно предсказать: станет ли состояние системы хаотичным или она перейдет на новый, более дифференцированный и высокий уровень упорядоченности. В точке бифуркации система может начать развитие в новом направлении, изменить свое поведение. Под точкой бифуркации понимается состояние рассматриваемой системы, после которого возможно некоторое множество вариантов ее дальнейшего развития. Примером бифуркаций могут служить "выбор спутника жизни", '' ситуации выбора учебного заведения". 
Наглядный образ бифуркации дает картина В. М. Васнецова "Рыцарь на распутье". 
4. Новые структуры, возникающие в результате эффекта взаимодействия многих систем, называются диссипативными, потому что для их поддержания требуется больше энергии, чем для поддержания более простых, на смену которым они приходят. В точке бифуркации система встает на новый путь развития. Те траектории или направления, по которым возможно развитие системы после точки бифуркации и которое отличается от других относительной устойчивостью, иными словами, является более реальным, называется аттрактором. Аттрактор- это относительно устойчивое состояние системы, притягивающее к себе множество "линий" развития, возможных после точки бифуркации.  
5.Диссипативные структуры существуют .тишь постольку, поскольку система диссипирует (рассеивает) энергию, а, следовательно. производит энтропию. Из энтропии возникает порядок с увеличением общей энтропии. Таким образом, энтропия не просто соскальзыванием системы к дезорганизации, она становится прародительницей порядка, нового. Так из хаоса (неустойчивости) в соответствии с определенной информационной матрицей рождается Космос.

2.2 Значение синергетики для науки н мировоззрения.

Действительно, возникнув из неравновесной термодинамики, синтеза естественнонаучных знаний, синергетика ориентирует на раскрытие механизмов самоорганизации сложных систем-природных и социальных, а также созданных руками человека. Вместе с синергетикой пришло понимание единства неорганического и органического мира, понимание того, что чередование хаоса и порядка является универсальным принципом мироустройства. По мнению академика Н. Моисеева: "всё наблюдаемое нами. всё, в чем сегодня участвуем. 
- это лишь фрагменты единого синергетического процесса..."(Алгоритмы развития .М., 1987-С.63). 
Они становятся инструментами социального мышления и анализа. Современная социальная наука, преодолевая механицизм и заимствуя идеи синергетики, все больше обращает внимание на неравновесные состояния, на процессы слома стабильного порядка (на переходы от порядка к хаосу, на рождение нового порядка). В развитии общества нередко возникают неустойчивые состояния 
«точки бифуркации» - перекрестки, расщепление путей развития. В период общественного кризиса бессмысленно уповать на так называемые "объективные законы", которые делают людей слепыми по отношению к социально-политическим и экономическим процессам.

Представление об обществе как социальной машине, действующей по 
"объективным законам", - досинергетический взгляд. Современное естествознание, наука и социальная жизнь заставляют нас осваивать новые синергетические инструменты мысли. Синергетические идеи активно влияют на мировоззренческие представления. Ведь синергетика выявляет общие идеи, методы и закономерности процессов самоорганизации в самых различных областях естественнонаучного, технического и социально-гуманитарного знания. Наш долг - осваивать синергетические идеи, чтобы подняться на новый уровень мировоззрения, понимания действительности.

   Заключение

    Кибернетика (вместе с теорией информации) дала новое представление о мире, основанное на информации, управлении, организованности, обратной связи, целенаправленности. Создала информационную картину мира. Не энергия, а информация выйдет в XXI столетии на первое место в мире научных понятий. Кибернетика дала в руки человека сильнейшее оружие управления производством, обществом, инструмент усиления интеллектуальных способностей человека (ЭВМ). Современные ЭВМ (компьютеры) - универсальные преобразователи информации, а с преобразованием информации человек связан во всех областях своей деятельности (в политике, экономике, науке, профессиональной сфере и др.).

      Синергетика выявила бифуркационный механизм развития, конструктивную роль хаоса в процессах эволюции самоорганизованных систем, механизм конкуренции виртуальных, т. е. допустимых, возможных форм структур, заложенных в системе. По своему воздействию на современное мировоззрение идеи синергетики равнозначны идеям теории относительности и квантовой механики. Синергетические понятия применимы к любым развивающимся системам. 
     Они становятся инструментами социального мышления и анализа. Современная социальная наука, преодолевая механицизм и заимствуя идеи синергетики, все больше обращает внимание на неравновесные состояния, на процессы слома стабильного порядка (на переходы от порядка к хаосу, на рождение нового порядка).

Список литературы

1. Авдеев Р.Ф. Философия информационной цивилизации. - М- ,1994.

2. Винер Н. Кибернетика. - М-, 1968.

3. Информация и управление. - М-, 1986. 
4. Петрушенко Л.А. Самодвижение материи в свете кибернетики. -М.,1971. 
5. Кузин Л. Т. Основы кибернетики. - М., 1973. 
6. Пригожий И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. - М., 1986. Те же. Время, хаос, квант. - М., 1994. 
7. Четвериков В.С. Методологические и организационно-правовые основы применения количественных методов в управленческой деятельности органов внутренних дел. - М., 1991. 
8. Звишин И.М. Информациология, - М., 1996.