Синергетика и современное естественнонаучное познание

ЧОУ ВПО Институт экономики, управления и права (г. Казань)

Специальность: техносферная безопасность

Реферат

на тему: «Синергетика и современное естественнонаучное познание»

по дисциплине «Концепция современного естествознания»

                                                                           Защита               дата

                                                                           Выполнил:

                                                                           Оценка

                                                                           Преподаватель:

Казань, 2015

Содержание.

Введение _______________________________________________________3

Понятие ,основные идеи, предмет и объекты синергетики ______________4

Концепции современного познания _________________________________10

Заключение _____________________________________________________13

Список использованной литературы ________________________________14

Введение

В последние годы наблюдается стремительный и бурный рост интереса к междисциплинарному направлению, получившему название “синергетика”. Серия “Синергетика”, выпускаемая известным издательством “Шпрингер”, насчитывает без малого семь десятков выпусков и продолжает расширяться тематически.

Появление синергетики в современном естествознании инициировано, подготовкой глобального эволюционного синтеза всех естественнонаучных дисциплин. Эту тенденцию в немалой степени сдерживало такое обстоятельство, как разительная асимметрия процессов деградации и развития в живой и неживой природе.

          Синергетика как мировоззрение несет в себе немалый гуманистический потенциал. Основной задачей синергетики состоит в том, чтобы попытаться описать сначала на качественном уровне посредством некоторых идей и образов, а затем и посредством одного и того же математического языка взаимоподобные процессы развития в сложных системах физики, химии, биологии, географии, социологии.

Понятие, основные идеи, предмет и объекты синергетики

Синерге́тика (от др.-греч. συν- — приставка со значением совместности и ἔργον «деятельность»), или теория сложных систем — междисциплинарное направление науки, изучающее общие закономерности явлений и процессов в сложных неравновесных системах (физических, химических, биологических, экологических, социальных и других) на основе присущих им принципов самоорганизации. Синергетика является междисциплинарным подходом, поскольку принципы, управляющие процессами самоорганизации, представляются одними и теми же безотносительно природы систем, и для их описания должен быть пригоден общий математический аппарат.

Основное понятие синергетики — определение структуры как состояния, возникающего в результате многовариантного и неоднозначного поведения таких многоэлементных структур или многофакторных сред, которые не деградируют к стандартному для замкнутых систем усреднению термодинамического типа, а развиваются вследствие открытости, притока энергии извне, нелинейности внутренних процессов, появления особых режимов с обострением и наличия более одного устойчивого состояния. «Краеугольным камнем» синергетики являются три основные идеи: неравновесность, открытость и нелинейность.

Состояние равновесия может быть устойчивым (стационарным) и динамическим. О стационарном равновесном состоянии говорят в том случае, если при изменении параметров системы, возникшем под влиянием внешних или внутренних возмущений, система возвращается в прежнее состояние. Состояние динамического (неустойчивого) равновесия имеет место тогда, когда изменение параметров влечет за собой дальнейшие изменения в том же направлении и усиливается с течением времени. Важно подчеркнуть, что такого рода устойчивое состояние может возникнуть в системе, находящейся вдали от стационарного равновесия.

Длительное время в состоянии равновесия могут находиться лишь закрытые системы, не имеющие связей с внешней средой, тогда как для открытых систем равновесие может быть только мигом в процессе непрерывных изменений. Равновесные системы не способны к развитию и самоорганизации, поскольку подавляют отклонения от своего стационарного состояния, тогда как развитие и самоорганизация предполагают качественное его изменение.

Неравновесность можно определить как состояние открытой системы, при котором происходит изменение ее макроскопических параметров, то есть ее состава, структуры и поведения. В своей статье «Философия нестабильности» И. Пригожин пишет: «Наше восприятие природы становится дуалистическим, и стержневым моментом в таком восприятии становится представление о неравновесности. Причем неравновесности, ведущей не только к порядку и беспорядку, но открывающей также возможность для возникновения уникальных событий, ибо спектр возможных способов существования объектов в этом случае значительно расширяется (в сравнении с образом равновесного мира)».

Открытость – способность системы постоянно обмениваться веществом (энергией, информацией) с окружающей средой и обладать как «источниками» - зонами подпитки ее энергией окружающей среды, действие которых способствует наращиванию структурной неоднородности данной системы, так и «стоками» – зонами рассеяния, «сброса» энергии, в результате действия которых происходит сглаживание структурных неоднородностей в системе. Открытость (наличие внешних «источников» («стоков»)) является необходимым условием существования неравновесных состояний, в противоположность замкнутой системе, неизбежно стремящейся, в соответствии со вторым началом термодинамики, к однородному равновесному состоянию.

Нелинейностью называется свойство системы иметь в своей структуре различные стационарные состояния, соответствующие различным допустимым законам поведения этой системы. Всякий раз, когда поведение таких объектов удается выразить системой уравнений, эти уравнения оказываются нелинейными в математическом смысле. Математическим объектам с таким свойством соответствует возникновение спектра решений вместо одного единственного решения системы уравнений, описывающих поведение системы. Каждое решение из этого спектра характеризует возможный способ поведения системы. В отличие от линейных систем, подсистемы которых слабо взаимодействуют между собой и практически независимо входят в систему, то есть обладают свойством аддитивности (целая система сводима к сумме ее составляющих), поведение каждой подсистемы в нелинейной системе определяется в зависимости от координации с другими. Система нелинейна, если в разное время, при разных внешних воздействиях ее поведение определяется различными законами. Это создает феномен сложного и разнообразного поведения, не укладывающегося в единственную теоретическую схему. Из этой поведенческой особенности нелинейных систем следует важнейший вывод по поводу возможности из прогнозирования и управления ими. Эволюция поведения (и развития) данного типа систем сложна и неоднозначна, поэтому внешние или внутренние воздействия могут вызвать отклонения такой системы от ее стационарного состояния в любом направлении. Одно и то же стационарное состояние такой системы при одних условиях устойчиво, а при других – не устойчиво, т.е. возможен переход в другой стационарное состояние.

Нелинейность также рассматривается как необычная реакция на внешние воздействия, когда «правильное» воздействие оказывает большее влияние на эволюцию системы, чем воздействие более сильное, но организованное неадекватно ее собственным тенденциям. Уточняя этот момент, скажем, что важным достижением синергетики является открытие механизма резонансного возбуждения. Оказывается, что система, находящаяся в неравновесном состоянии, чутка к воздействиям, согласованным с ее собственными свойствами. Поэтому флуктуации во внешней среде оказываются не «шумом», а фактором генерации новых структур. Малые, но согласованные с внутренним состоянием системы внешние воздействия на нее могут оказаться более эффективными, чем большие. Нелинейные системы демонстрируют неожиданно сильные ответные реакции на релевантные их внутренней организации, резонансные возмущения.

В понятии нелинейности имплицитно заложено существование потенциальностикак свойства (характеристики) данного типа систем. Качественно разные состояния одной и той же нелинейной системы альтернативны, то есть не могут актуально существовать в одной и той же системе одновременно. В тот момент, когда соответствующие определенному качеству системы стационарное состояние существует актуально (проявлено), то соответствующее другим качествам стационарные состояния существуют лишь потенциально, вне ее пространственно-временной определенности, так как могут быть актуализированы только при иных условиях.

В современной физике, в частности, в квантовой теории поля, находят свое эмпирическое приложение теоретические конструкции, в которых фиксируется единство потенциальной и актуализированной реальности. Сущность поля в квантовой теории как фундаментального физического объекта составляют виртуальные процессы и виртуальные состояния физических объектов, а также условия их актуализации.

Понятие нелинейность начинает использоваться все шире, приобретая мировоззренческий смысл. Идея нелинейности включает в себя многовариантность, альтернативность выбора путей эволюции и ее необратимость. Нелинейные системы испытывают влияние случайных, малых воздействий, порождаемых неравновесностью.

Синергетика изучает два типа структур:

1) Так называемые диссипативные структуры , возникающие в процессе самоорганизации, для осуществления которых необходим рассеивающий (диссипативный) фактор. Здесь более важна роль стоков. Такие структуры тяготеют к стационарному состоянию, они как бы застывают на стоках. Диссипативные структуры появляются в открытых колебательных системах с сильной внешней подпиткой. Запасенная в них энергия способна высвобождаться в частности при поступлении в систему слабых возбуждений (флуктуаций), а отклик системы на это возбуждение может быть непредсказуемо сильным. Диссипативные структуры «живут» (в системном смысле) за счёт использования отторгнутой энергии внешней среды для собственных нужд.

Открытая нелинейная система в ситуации критической неравновесности способна порождать «чудо создания порядка из хаоса», менять сам тип своего поведения. В ней могут формироваться новые динамические состояние, названные И. Пригожиным диссипативными структурами. Если размазывающий процесс диссипации (диффузия, молекулярный хаос) ведет равновесную систему к хаосу, то в неравновесных системах он приводит, напротив, к возникновению новых структур, так как устраняет все нежизненные, неустойчивые состояния. «Диссипативность - фактор «естественного отбора», разрушающий все, что не отвечает тенденциям развития, «молоток скульптора», которым тот отсекает все лишнее от глыбы камня, создавая скульптуру»[2] .

В диссипативной структуре между частицами устанавливаются дальнодействующие корреляции, меняется тип поведения - частицы начинают вести себя согласованно, когерентно, «как по команде» происходит синхронизация пространственно разделенных процессов. Порядок в синергетике понимается как макроскопическая упорядоченность при сохранении микроскопической молекулярной разупорядоченности, то есть порядок на макроуровне вполне мирно уживается с хаосом на микроуровне.

Возникновение диссипативных структур носит пороговый характер. Неравновесная термодинамика связала пороговый характер с неустойчивостью, показав, что новая структура всегда является результатом раскрытия неустойчивости в результате флуктуаций. Флуктуации – движения элементов микроуровня, обычно расцениваемые как случайные и не составляющие интереса для исследователя. Флуктуации бывают внутренние (внутрисистемные) и внешние (микровозмущения среды). В зависимости от своей силы флуктуации, воздействующие на систему, могут иметь совершенно разные для нее последствия. Если флуктуации открытой системы недостаточно сильны, система ответит на них возникновением сильных тенденций возврата к старому состоянию, структуре или поведению. Если флуктуации очень сильны, система может разрушиться. И, наконец, третья возможность заключается в формировании новой диссипативной структуры и изменении состояния, поведения и/или состава системы.

Любая из описанных возможностей может реализоваться в так называемой точке бифуркации, вызываемой флуктуациями, в которой система испытывает неустойчивость. Точка бифуркации представляет собой переломный, критический момент в развитии системы, в котором она осуществляет выбор пути; иначе говоря, это точка ветвления вариантов развития, точка, в которой происходит катастрофа. Термином «катастрофа» в концепциях самоорганизации называются качественные, скачкообразные изменения, возникающие при плавном изменении внешних условий. Просканировав флуктуационный фон, система решает, какой тип развития избрать (какую флуктуацию закрепить). Проводя аналогии с психологией, можно сказать, что в точке бифуркации система находится в состоянии импринтной уязвимости, где флуктуация импринтирует («впечатывает») новое направление эволюции.

В середине века Арнольд Тойнби, анализируя исторические судьбы различных цивилизаций, обращал внимание на точки бифуркации, где выбор пути (флуктуации) на несколько веков определял ход развития огромных государств. Ему принадлежит и термин "альтернативная история" для нетрадиционного анализа, имеющего дело не с одной реализовавшейся траекторией цивилизации, государства или этноса, а с полем возможностей. В противовес Тойнби, В.С. Капустин приводит интересную метафору: «Бифуркационный подход в исследовании социокультурных явлений заставляет смотреть на мир не как на своеобразный музей, в котором сохраняется каждый бит информации, а как на процессы постоянно разрушающие старую и генерирующие новую структуру и информацию»[3] .

Потенциальных траекторий развития системы много и точно предсказать, в какое состояние перейдет система после прохождения точки бифуркации, невозможно, что связано с тем, что влияние среды носит случайный характер. С математической точки зрения, неустойчивость и пороговый характер самоорганизации связаны с нелинейностью уравнений. Как уже было сказано, для линейных уравнений существует одно стационарное состояние, для нелинейных - несколько. Таким образом, пороговый характер самоорганизации связан с переходом из одного стационарного состояния в другое.

2) Другой тип структур  – нестационарные (эволюционирующие) структуры,  возникающие за счет  активности нелинейных источников  энергии. Здесь структура – это  локализованный в определенных участках среды процесс, имеющий определенную геометрическую форму и способный развиваться, трансформироваться или же переноситься в среде с сохранением формы.

Подобные структуры изучаются российской синергетической школой. Следует отметить, что фактически эти два типа структур являются различными этапами развития процессов в открытых нелинейных средах.

Объектом синергетики являются системы, которые удовлетворяют, по меньшей мере, двум условиям:

· они должны быть открытыми;

· они должны быть существенно неравновесными.

Но именно такими являются большинство известных нам систем. Изолированные системы классической термодинамики – это определенная идеализация, в реальности такие системы исключение, а не правило. Сложнее со всей Вселенной в целом: если считать её открытой системой, то что может служить её внешней средой? Современная физика полагает, что такой средой для нашей вещественной Вселенной является вакуум.

Концепции современного естествознания.

 Естествознание—наука о явлениях и законах природы. Современное естествознание включает множество естественнонаучных отраслей: физику, химию, биологию, физическую химию, биофизику, биохимию, геохимию и др. Оно охватывает широкий спектр вопросов о разнообразных свойствах объектов природы, которую можно рассматривать как единое целое. Важнейшие достижения естествознания составляют фундаментальную базу современных наукоемких технологий, на основе которых производится разнообразная продукция, в том числе и товары повседневного спроса. Для того чтобы знать, какой ценой дается такая продукция—  важнейшая составляющая экономики, каковы перспективы развития современных технологий, тесно связанных с экономическими, социальными и политическими проблемами, нужны фундаментальные знания о природе—естественнонаучные знания. В наше время естественнонаучные знания превратились в сферу активных действий, и представляют собой базовый ресурс экономики, по своей значимости превосходящий материальные ресурсы: капитал, землю, рабочую силу и т.п.

Естествознание как наука изучает все процессы и явления, происходившие и происходящие в реальном объективном мире, географической оболочке, космическом пространстве. Это раздел науки, основанный на воспроизводимой эмпирической проверке (проверке на практике) гипотез и создание теорий, описывающих природные явления и процессы.

Естествознание изучает факты и явления из области философии, астрофизики, геологии, психологии, генетики, эволюции. Естествознание подразделяется на комплекс наук, каждая из которых имеет объект своего исследования.

Естествознание подразделяется на науки: технические, прикладные, социальные, фундаментальные, естественные, гуманитарные.

К техническим наукам относятся науки, изучающие созданные человеком приборы и предметы. К ним относятся информатика, кибернетика, синергетика.

Прикладные науки изучают фундаментальные науки с практическим применением, внедрением в жизнь теоретических открытий. К прикладным наукам относятся металловедение, физика полупроводников.

Социальные науки, изучающие правила и структуру общества, и объекты, живущие по его законам. К ним относятся социология, антропология, археология, социометрия, обществоведение. Наука «Человек и общество».

К фундаментальным наукам относятся химия, физика, астрономия. Эти науки изучают базисную структуру мира.

Естественные науки изучают процессы и явления девственной природы. Делятся на геологию, географию, биологию.

Геология, в свою очередь, делится на динамическую геологию, историю, палеографию.География состоит из 2 больших разделов: физическая и экономическая география.

Физическая география делится на общее земледелие, климатологию, геоморфологию, почвоведение, гидрологию, картографию, топографию, ландшафтоведение, географическое районирование, мониторинг.

К экономической географии относят страноведение, географию населения, географию мирового хозяйства, географию транспорта, географию сферы услуг, мировую экономику, статистику, международные экономические отношения.

К гуманитарным относятся науки, изучающие сущность, строение и духовное состояние человека. К ним относятся философия (любовь к мудрости), история, этика, эстетика, культурология.

Если излагать подробно естественнонаучные знания, накопленные во всех отраслях естествознания, то получится огромный фолиант.

Для решения этой довольно сложной задачи нужен обобщающий философский принцип. Сущность его заключается в изложении естественнонаучных знаний в рамках концепций—основополагающих идей и системного подхода.

Концептуальный принцип позволяет получить фундаментальные, комплексные знания о природе, а на их основе более глубоко изучить узкоспециализированные дисциплины.

Современные средства естествознания дают возможность исследовать многие сложнейшие процессы на уровне атомных ядер, атомов, молекул, клеток, а затем и синтезировать ранее не существовавшие в природе вещества с необычными свойствами, а из них производить новые материалы для различных машин, устройств, изделий и т. п. Кроме того, благодаря таким исследованиям выращиваются высокоурожайные культурные растения, разрабатываются высокоэффективные средства лечения болезней и т.д. Любое перспективное направление деятельности человека прямо или косвенно связано с новой материальной базой и новыми технологиями, и знание их естественнонаучной сущности— залог успеха.

Без фундаментальных знаний о природе может сложиться ошибочное общественное мнение, приводящее к необъективному решению, как это случилось, например, при необоснованном объявлении временного (1975—1985 гг.) моратория на генную инженерию.

Следовательно, естественнонаучные знания нужны не только высококвалифицированным специалистам, но и любому образованному человеку вне зависимости от сферы его деятельности.

Заключение

В связи с интенсивным развитием синергетики в науке происходит сейчас глубокая и масштабная по своему характеру революция. Синергетика явилась радикально новым способом видения мира. И в то же время она возвращает нас к тем идеям, которые имеют тысячелетнюю историю. Синергетика - и в этом ее своеобразие - не только синтезирует фрагменты обыденного и отчасти научного, дисциплинарно разбросанного знания, но даже связывает эпохи - древность с современностью, с новейшими достижениями науки, - а также принципиально различные способы мышления и мировосприятия.

Синергетика воспринимает и развивает далее идею целостности и идею общего закона, единого пути которому следуют и мир в целом, и человек в нем. Она берет традиции анализа, опору на эксперимент, их транслируемость (от одной школы в науке к другой, от науки - к обществу в целом) через научные тексты.

Естествознание рассматривается взятым в двух различных плоскостях. В первом ракурсе исторического рассмотрения внимание концентрируется на структурных изменениях в естествознании. Выявляется тенденция движения от единого поля натурфилософии через возникновение дисциплинарности до возникновения общенаучного междисциплинарного движения и трансдисциплинарных подходов и стремлению к созданию единой науки.

Список использованной литературы

1. http://bibliofond.ru/view.aspx?id=62242
2. http://spkurdyumov.ru/what/rol-i-mesto-sinergetiki-v-sovremennoj-nauke/
3. http://uchebnik-online.net/book/86-koncepcii-sovremennogo-estestvoznaniya-uchebnoe-posobie-gorelov-aa/24-voprosy-k-seminaram.html
4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Синергетика
5. http://ariom.ru/wiki/Sinergetika