Основы современной синергетики
В последние годы наблюдается стремительный и бурный рост интереса к междисциплинарному направлению, получившему название «синергетика».
Основоположником
синергетики считается
Буржуазная
наука заговорила о синергетике,
как о высочайшем достижении науки
конца ХХ века, которое включает
в себя теорию самоорганизации и
совокупность соответствующих математических
методов. Как доказала современная
наука, на уровне физической, химической,
биологической, социальной форм организации
материи объективный мир
Издаются солидные монографии, учебники, выходят сотни статей, проводятся национальные и международные конференции. Трудно или даже невозможно назвать область знания, в которой сегодня не проводились бы исследования под рубрикой синергетики. Для публикаций на тему синергетики характерно то, что в них нередко приводятся авторские трактовки принципов синергетики, причем трактовки довольно разнородные и не всегда достаточно аргументированные.
Причиной этого является отсутствие достаточной определенности относительно основоположений синергетики и возникающей отсюда необходимости уточнения статуса излагаемого материала.
Цель данной работы –
Данная работа, в сущности, результат совмещения многих источников, результат поиска некоей золотой середины в описании синергетики как перспективного направления современной научной мысли.
1. СИНЕРГЕТИКА ПО ХАКЕНУ
Синергетика
- молодое научное направление, представляющее
междисциплинарную
Синергетика различает два типа устойчивости (равновесности) систем. Первый связан с термодинамической необратимостью, когда система находится в состоянии, близком к равновесию. Другой тип устойчивости связан с эволюцией реальных (наиболее часто встречающихся в мире) сложных систем, которые, будучи открытыми, активно контактируют с не менее сложным и непредсказуемым окружением.
Создателем синергетического направления
и изобретателем термина
"синергетика" является профессор
Штутгартского университета
и директор Института
По Хакену, синергетика занимается
изучением систем, состоящих
из большого (очень большого,
«огромного») числа частей,
компонент или подсистем,
одним словом, деталей, сложным
образом взаимодействующих
между собой. Слово «
Очевидно, что методологии разных областей знания столь различны, что их общность может быть реализована лишь на концептуальном уровне. Подтверждением того, что замысел Г. Хакена был в определенной мере неопределенен и субъективен, являются свидетельства некоторых ученых, в беседах с которыми Г. Хакен говорил, что называние предложенного им научного направления «синергетикой» случайно и непринципиально.
Трудно, однако, согласиться с мнением, что название непринципиально, и с полаганием, что синергетику можно было бы с неменьшим успехом назвать Х–наукой. В конечном счете начинание
Г. Хакена оказалось плодотворным именно благодаря естественно понимаемой ассоциации синергетики с самоорганизацией.
Начала синергетики Ч. Шеррингтон называл синергетическим, или интегративным, согласованное воздействие нервной системы (спинного мозга) при управлении мышечными движениями (согласованное действие сгибательных и разгибательных мышц - протагониста и антигониста).
С. Улам был непосредственным участником одного из первых численных экспериментов на ЭВМ первого поколения (ЭНИВАКе) и понял всю важность и пользу «синергии, т. е. непрерывного сотрудничества между машиной и ее оператором», осуществляемого в современных машинах за счет вывода информации на дисплей.
И. Забуский к середине 60-х годов, реалистически оценивая ограниченные возможности как аналитического, так и численного подхода к решению нелинейных задач, пришел к выводу о необходимости единого синтетического подхода. По его словам, «синергетический подход к нелинейным математическим и физическим задачам можно определить как совместное использование обычного анализа и численной машинной математики для получения решений разумно поставленных вопросов математического и физического содержания системы уравнений» [2].
Все вышеприведенные начала объединяет тот факт, что во всех случаях речь идет о согласованности действий.
Синергетика, занимающаяся изучением процессов самоорганизации и возникновения, поддержания, устойчивости и распада структур самой различной природы, еще далека от завершения и единой общепринятой терминологии (в том числе и единого названия всей теории) пока не существует.
Ряд авторитетных авторов высказывается о синергетике как о новой научной парадигме. Например в работе говорится: «Предельно краткая характеристика синергетики как новой научной парадигмы включает в себя три основные идеи: нелинейность, открытость, диссипативность». Более общей является следующая трактовка: «Синергетика является теорией эволюции и самоорганизации сложных систем мира, выступая в качестве современной (постдарвиновской) парадигмы эволюции».
Заслуживающим внимания
Бурные темпы развития новой области, не оставляют времени на унификацию понятий и приведение в стройную систему всей суммы накопленных фактов. Исследования в новой области ввиду ее специфики ведутся силами и средствами многих современных наук, каждая из которых обладает свойственными ей методами и сложившейся терминологией. Параллелизм и разнобой в терминологии и системах основных понятий в значительной мере обусловлены также различием в подходе и взглядах отдельных научных школ и направлений и в акцентировании ими различных аспектов сложного и многообразного процесса самоорганизации. Отсутствие в синергетике единого общепринятого научного языка глубоко символично для науки, занимающейся явлениями развития и качественного преобразования.
Строгое определение
Задачу выяснить с общих позиций закономерности процессов самоорганизации и образования структур ставит перед собой не только наука. Важную роль в понимании многих существенных особенностей этих процессов сыграл, например, кибернетический подход, противопоставляемый иногда как абстрагирующийся "от конкретных материальных форм" и поэтому противопоставляемый синергетическому подходу, учитывающего физические основы спонтанного формирования структур.
В этой связи небезынтересно отметить, что создатели кибернетики и современной теории автоматов могут по праву считаться творцами или предтечами науки. Так, Винер и Розенблют рассмотрели задачу о радиально-несимметричном распределении концентрации в сфере. А. Тьюринг в известной работе предложил одну из основных базовых моделей структурообразования и морфогенеза, породившую огромную литературу: систему двух уравнений диффузии, дополненных членами, которые описывают реакции между "морфогенами". Тьюринг показал, что в такой реакционно-диффузионной системе может существовать неоднородное (периодическое в пространстве и стационарное во времени) распределение концентраций [3].
В русле тех же идей - изучения реакционно-диффузионных систем - мыслил найти решение проблемы самоорганизации и Дж. фон Нейман. По свидетельству А. Беркса, восстановившего по сохранившимся в архиве Неймана отрывочным записям структуру самовоспроизводящегося автомата, Нейман предполагал построить непрерывную модель самовоспроизведения, основанную на нелинейных дифференциальных уравнениях в частных производных, описывающих диффузионные процессы в жидкости . В этой связи интересно отметить, что Нейман получил не только математическое образование, но и подготовку инженера-химика.
2. МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОСТЬ СИНЕРГЕТИКИ
2.1 Синергетика
относительно динамических
Системы, составляющие предмет изучения синергетики, могут быть самой различной природы и содержательно и специально изучаться различными науками. В частности физикой, химией, биологией, математикой, нейрофизиологией, экономикой, социологией, лингвистикой (перечень наук легко можно было бы продолжить). Каждая из наук изучает "свои" системы своими, только ей присущими, методами и формулирует результаты на "своем" языке. При существующей далеко зашедшей дифференциации науки это приводит к тому, что достижения одной науки зачастую становятся недоступными вниманию и тем более пониманию представителей других наук.
В отличие от традиционных областей науки синергетику интересуют общие закономерности эволюции (развития во времени) систем любой природы. Отрешаясь от специфической природы систем, синергетика обретает способность описывать их эволюцию на интернациональном языке, устанавливая своего рода изоморфизм двух явлений, изучаемых специфическими средствами двух различных наук, но имеющих общую модель, или, точнее, приводимых к общей модели.
Обнаружение
единства модели позволяет синергетике
делать достояние одной области
науки доступным пониманию
Следует особо подчеркнуть,
По замыслу своего создателя профессора Хакена, синергетика призвана играть роль своего рода метанауки, подмечающей и изучаюшей общий характер тех закономерностей и зависимостей, которые частные науки считали "своими". Поэтому синергетика возникает не на стыке наук в более или менее широкой или узкой пограничной области, а извлекает представляющие для нее интерес системы из самой сердцевины предметной области частных наук и исследует эти системы, не апеллируя к их природе, своими специфическими средствами, носящими общий ("интернациональный") характер по отношению к частным наукам. Физик, биолог, химик и математик видят свой материал, и каждый из них, применяя методы своей науки, обогащает общий запас идей и методов синергетики.
Как и всякое
научное направление,
Именно теория колебаний
с ее "интернациональным языком",
а впоследствии и "нелинейным мышлением"
(Л.И. Мандельштам) стала для
синергетики прототипом науки, занимающейся
построением моделей систем
различной природы, обслуживающих
различные области науки. А
качественная теория дифференциальных
уравнений, начало которой было
положено в трудах Анри Пуанкаре,
и выросшая из нее современная
общая теория динамических систем
вооружила синергетику
Любые объекты
окружающего нас мира
Элементы любой системы, в свою очередь, всегда обладают некоторой самостоятельностью поведения. При любой формулировке научной проблемы всегда присутствуют определенные допущения, которые отодвигают за скобки рассмотрения какие-то несущественные параметры отдельных элементов. Однако этот микроуровень самостоятельности элементов системы существует всегда. Поскольку движения элементов на этом уровне обычно не составляют интереса для исследователя, их принято называть “флуктуациями”. В нашей обыденной жизни мы также концентрируемся на значительных, информативных событиях, не обращая внимания на малые, незаметные и незначительные процессы.
Малый уровень индивидуальных проявлений отдельных элементов позволяет говорить о существовании в системе некоторых механизмов коллективного взаимодействия – обратных связей. Когда коллективное, системное взаимодействие элементов приводит к тому, что те или иные движения составляющих подавляются, следует говорить о наличии отрицательных обратных связей. Собственно говоря, именно отрицательные обратные связи и создают системы, как устойчивые, консервативные, стабильные объединения элементов.
Именно отрицательные
обратные связи, таким
Стабильность и устойчивость, однако, не являются неизменными. При определенных внешних условиях характер коллективного взаимодействия элементов изменяется радикально. Доминирующую роль начинают играть положительные обратные связи, которые не подавляют, а наоборот - усиливают индивидуальные движения составляющих. Флуктуации, малые движения, незначительные прежде процессы выходят на макроуровень. Это означает, кроме прочего, возникновение новой структуры, нового порядка, новой организации в исходной системе.
Момент, когда исходная система теряет структурную устойчивость и качественно перерождается, определяется системными законами, оперирующими такими системными величинами, как энергия, энтропия.
Особую роль в мировом эволюционном процессе играет принцип минимума диссипации энергии. Необходимо отметить, что принцип минимума диссипации (рассеяния) энергии, не признается в качестве универсального естественнонаучного закона. Илья Пригожин, в частности, указал на тип систем, не подчиняющихся этому принципу. С другой стороны, употребление термина «принцип», а не «закон», оставляет возможность уточнения формулировок.
Моменты качественного
изменения исходной системы
называются бифуркациями состояния
и описываются
Таким образом, движение
материи вообще можно рассматривать,
как чередование этапов адаптационного
развития и этапов
катастрофного поведения. Адаптационное
развитие подразумевает
изменение параметров системы
при сохранении неизменного порядка
ее организации. При изменении
внешних условий
Возникновение нового качества, как уже отмечалось, происходит на основании усиления малых случайных движений элементов – флуктуаций. Это в частности объясняет тот факт, что в момент бифуркации состояния системы возможно не одно, а множество вариантов структурного преобразования и дальнейшего развития объекта. Таким образом, сама природа ограничивает наши возможности точного прогнозирования развития, оставляя, тем не менее, возможности важных качественных заключений.
2.2 Самоорганизация в синергетике
В определенной
части своего смысла
Не только результаты,
а и условия, причины и
движущие силы самоорганизации
имеют альтернативы. В
рассмотрении И.Р. Пригожина
применительно к диссипативным
структурам речь идет
о когерентной самоорганизации,
альтернативой для которой
является континуальная
самоорганизация
Теоретическое обоснование явления самоорганизации неравновесных открытых систем, равно как и процесса неравновесного упорядочения, было дано И.Р. Пригожиным и А.П. Руденко практически в одно время независимо друг от друга. Главным достоинством «континуальной» самоорганизации, предложенной А.П. Руденко, является то, что именно такой подход позволяет провести рассмотрение связи самоорганизации и саморазвития.
В соответствии с развитыми взглядами сущность прогрессивной эволюции состоит в саморазвитии континуальной самоорганизации индивидуальных объектов. Показывается, что способностью к саморазвитию и прогрессивной эволюции с естественным отбором обладают только индивидуальные микрообъекты с континуальной самоорганизацией и что именно прогрессивная химическая эволюция способна быть основанием для возникновения жизни.
Синергетическая концепция самоорганизации.
Объектами исследования являются открытые системы в неравновесном состоянии, характеризуемые интенсивным (потоковым, множественно–дискретным) обменом веществом и энергией между подсистемами и между системой с ее окружением [6].
Конкретная система погружена в среду, которая является также ее субстратом. Среда - совокупность составляющих ее (среду) объектов, находящихся в динамике. Взаимодействие исследуемых объектов в среде характеризуется как близкодействие - контактное взаимодействие. Среда объектов может быть реализована в физической, биологической и другой среде более низкого уровня, характеризуемой как газо-подобная, однородная или сплошная. (В составе системы реализуется дальнодействие - полевое и опосредствованное (информационное взаимодействие.)
Различаются процессы организации и самоорганизации Общим признаком для них является возрастание порядка вследствие протекания процессов, противоположных становлению термодинамического равновесия независимо взаимодействующих элементов среды (также удаления от хаоса по другим критериям). Организация, в отличие от самоорганизации, может характеризоваться, например, образованием однородных стабильных статических структур.
Результатом самоорганизации становится возникновение, взаимодействие, также взаимосодействие (например, кооперация) и, возможно, регенерация динамических объектов (подсистем). Система и ее составляющие являются динамическими образованиями.
Направленность процессов самоорганизации обусловлена внутренними свойствами объектов (подсистем) в их индивидуальном и коллективном проявлении, а также воздействиями со стороны среды, в которую «погружена» система.
Поведение элементов (подсистем) и системы в целом, существенным образом характеризуется спонтанностью - акты поведения не являются строго детерминированными.
Процессы самоорганизации
происходят в среде наряду
с другими процессами, в частности
противоположной
Самоорганизация может иметь в своей основе процесс преобразования или распада структуры, возникшей ранее в результате процесса организации.
Приведенное развернутое определение является если и не вполне совершенным, то все-таки необходимым шагом на пути конкретизации содержания, которое относится к синергетике, и выработки критериев для создания моделирующей самоорганизующейся среды.
О соотношении
синергетики и самоорганизации
следует вполне определенно
сказать, что содержание, на которое
они распространяются, и
заложенные в них идеи неотрывны
друг от друга. Они, однако,
имеют и различия. Поэтому
синергетику как концепцию
самоорганизации следует
рассматривать в смысле
взаимного сужения этих
3. РОЛЬ И МЕСТО СИНЕРГЕТИКИ В СОВРЕМЕННОЙ НАУКЕ
Синергетика,
имея первоначально
Обнаруживается плодотворность ее применения в понимании феномена человека и человеческой культуры, в разгадывании тайн человеческого сознания и психики.
Благодаря недавним
результатам в области
Существуют
достаточно веские основания полагать,
что синергетика может служить
основой для междисциплинарного
синтеза знания. Синергетика междисциплинарна
по своей собственной природе, поскольку
она ориентирована на поиск универсальных
паттернов эволюции и самоорганизации
открытых нелинейных систем любого рода,
независимо от конкретной природы их
элементов или подсистем. Понятия
самоорганизации, хаоса и порядка,
нелинейности начинают широко использоваться
как в естественных, так и в
гуманитарных науках. Теория самоорганизации
активно разрабатывается в
Синергетика является одной из современных исследовательских программ, программой междисциплинарных, или транс дисциплинарных, исследований. Судя по всему, именно эта область знания инициирует глубокие изменения в методологических основаниях современной науки, в философском взгляде на мир, в самом стиле научного мышления. Сегодня формируется некий новый нетрадиционный взгляд на мир - синергетическое видение мира [7].
В последние
годы наблюдается стремительный
и бурный рост интереса к синергетике.
Издаются солидные монографии, учебники,
выходят сотни статей, проводятся
национальные и международные конференции.
Как следствие этого процесса
растет число словосочетаний,
использующих ставший модным термин
в самых неожиданных и
Столь широкая
популярность, "подхваченность",
одного из направлений современного
точного естествознания радует, но
вместе с тем не может не настораживать,
ибо употребление термина всуе, без
должного понимания специфики
Именно поэтому
представляется важным вернуться к
истокам синергетики и
По Хакену, синергетика занимается изучением систем, состоящих из большого (очень большого, "огромного") числа частей, компонент или подсистем, одним словом, деталей, сложным образом взаимодействующих между собой. Слово "синергетика" и означает "совместное действие", подчеркивая согласованность функционирования частей, отражающуюся в поведении системы как целого.
Появление нового
междисциплинарного направления встретило,
как принято теперь говорить, неоднозначный
прием со стороны научного сообщества.
Дебаты между приверженцами
Утверждалось, будто кроме названия (у которого, как было сказано выше, также имелись предшественники), синергетика напрочь лишена элементов Новизны.
Нет необходимости
доказывать полезность синергетического
подхода или настаивать на непременном
использовании названия "синергетика"
всеми, чьи достижения, текущие результаты
или методы сторонники синергетики
склонны считать

- Основы современной финансовой науки
- Основы современных представлений о строении и эволюции Вселенной
- Основы современных технолоий управления зарубежных стран
- Основы создания репертуара в коллективе народно - сценического танца
- Основы составления консолидированной финансовой отчетности
- Основы социализации
- Основы социального государства
- Основы совершенствования физических качеств
- Основы современного естествознания возникновение жизни
- Основы современного маркетинга
- Основы современного социального управления
- Основы современного социального управления
- Основы современного экономического районирования и формы территориальной организации хозяйства России
- Основы современной методики воспитания скоростно-силовых способностей