Синергетика.Порядок из хаоса
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И Брянский государственный технический университет |
Предмет «Философия»
Тема 9.4: «Синергетика. Порядок из хаоса.»
Выполнила студентка
гр. 11-УК Глухарева Е.А.
Преподаватель
к.ф.н., доцент каф. «ФИиС»
Дзюбан В.В.
БРЯНСК 2012
Оглавление
Введение. 3
§1.Что такое «синергетика»? 5
§2.Объекты синергетики. 7
§3.Самоорганизация. 9
§4.Причины хаоса. 14
§5.Роль энтропии как меры хаоса. 16
§6.Порядок из хаоса. 17
Заключение. 21
Список используемой литературы. 24
Введение.
«Вавилонская башня» знания.
Человек находится в состоянии смятения перед сложным. И он испытывает страх перед хаосом. Как ориентироваться в сложном, полном неожиданных поворотов мире? Как овладеть сложным? Как прогнозировать развитие сложного? Какова вообще природа сложного и хаотического?
Сложный, неоднозначный и запутанный
исторический ход движения познающего
разума выглядит как построение "Вавилонской
башни" знания. Будучи порождением
человеческого разума, идеи, теории,
модели – этот третий мир Поппера
- начинает свою собственную жизнь,
приобретает собственную
Известный американский физик М. Гелл-Манн, занимающийся в последнее время изучением природы сложного, выступил в качестве одного из основателей Института в Санта-Фе (Нью-Мехико), где проводятся исследования таких сложных адаптивных систем, как языки, мозг человека, экономика. Он предложил новый термин "plectics", который с его точки зрения выражает взаимоотношения простого и сложного во всех их бесчисленных проявлениях. Этот термин пока не получил распространения, по-видимому, из-за своего неочевидного семантического значения, обусловленного греческим происхождением. "plektikh" означает "искусство переплетения", "ткачество", а "plekw" – "плести", "сплетать", "обвивать"; "выдумывать", "составлять"; "усложнять", "запутывать".
Познанием сложного, поиском
неких универсальных образцов самоорганизации
сложных систем занимается синергетика.
Естественно возникает вопрос, может
ли синергетика помочь нам понять закономерности
эволюции научного знания, причем не только
на уровне коллективов ученых, научного
сообщества, но и на уровне индивидуального
творчества ученого.[2,с. 19-20]
§1.Что такое «синергетика»?
В центре внимания синергетики находится согласованность взаимодействия отдельных частей при образовании структуры как единого целого.
Термин «синергетика»
Когда же появилась на свет синергетика?
В отличие от подавляющего большинства
наук, дни рождения окутаны покровом
неизвестности, дата рождения синергетики
известна: в 1973 году на первой конференции,
посвященной проблемам
Хакен не сделал никакого открытия – он лишь обратил внимание на сходство процессов самоорганизации в различных системах, на согласованность действия элементов самоструктурирующихся систем, которые традиционно изучались различными науками. В рамках синергетики произошло кооперирование различных дисциплин.[1,с. 26-27]
Замысел профессора Хакена
заключался в том, чтобы синергетика
играла роль метанауки, которая подмечает
и изучает общие закономерности
различных систем, которые частные
науки считали своими. Поэтому, в
отличие от пограничных наук, которые
действуют в довольно узкой полосе
двух смежных наук, синергетика
извлекает системы, которые представляют
для нее интерес из самой глубины
предметной области частных наук,
с тем, чтобы проводить исследование,
не апеллируя к природе данной
системы, а используя свои специфические
средства и «интернациональный» междисциплинарный
язык. Язык, который, при соответствующей
подготовке, может быть понятен представителям
разных, в том числе и гуманитарных наук.
[1, c. 29-30]
§2.Объекты синергетики.
Главный мировоззренческий сдвиг, произведенный синергетикой, можно выразить следующим образом:
- процессы разрушения и созидания, деградации и упорядоченности во Вселенной, по меньшей мере, равноправны;
- процессы созидания (нарастания сложности и упорядоченности) имеют единый алгоритм независимо от природы систем, в которых они осуществляются.
Таким образом, синергетика претендует на открытие некоего универсального механизма, с помощью которого осуществляется самоорганизация, как в живой, так и неживой природе. Отсюда следует, что объектом синергетики могут быть отнюдь не любые системы, а только, которые удовлетворяют, по меньшей мере, двум условиям:
- они должны быть открытыми, т.е. обмениваться веществом или энергией с внешней средой;
- они должны быть существенно неравновесными, т.е. находиться в состоянии, далеком от термодинамического равновесия.
Но именно такими являются
большинство известных нам
Итак, синергетика утверждает, что развитие открытых и сильно неравновесных систем протекает путем нарастающей сложности и упорядоченности. В цикле развития такой системы наблюдаются две фазы:
- Период плавного эволюционного развития с хорошо предсказуемыми линейными изменениями, подводящими в итоге систему к некоторому неустойчивому критическому состоянию.
- Выход из критического состояния одномоментно, скачком и переход в новое устойчивое состояние с большей степенью сложности и упорядоченности. [4, c. 251-253]
§3.Самоорганизация.
Главной заслугой синергетики считается открытие ею процессов самоорганизации и кооперации в природе - это шаг вперед в познании мира. И хотя авторы синергетики вначале подметили явления самоорганизации только для отдельных физических и химических процессов, но в дальнейшем синергетика была распространена практически везде. При этом все первоначальные выводы автоматически были перенесены на новые области. В результате, вся наша жизнь стала неустойчивой, а основным фактором ее эволюции стала случайность. Вместе с тем анализ показывает, что самоорганизация - это не кооперация под воздействием случайных факторов в состоянии неустойчивости, а процессы, причины которых заложены в природе. Эти процессы происходят на всех уровнях иерархии Вселенной и обеспечиваются всеми действующими в ней законами и силами.
Самоорганизация проявляется на уровне живой клетки, тканей, образованных из клеток, на уровне органов, систем органов, выполняющих определенные функции организма, и, наконец, всего организма в целом. Не только одного организма, но и всей популяции в целом.
В качестве примера можно привести
регулирование численности
Рассмотренные выше примеры показывают, что хотя такие регулирующие факторы, как, например, вирусы новых болезней и др., проявляются материально, но сами они являются проявлениями Высших законов, которые нельзя вывести из законов существования материи.
В неживой природе мы также видим принципы самоорганизации на всех уровнях. На микроуровнях это проявляется в законах, по которым существуют элементарные частицы, атомы и молекулы, по которым они взаимодействуют и создают сложные структуры материи. Химические реакции - это процессы самоорганизации на атомно-молекулярном уровне. На макроуровнях самоорганизация проявляется в законах возникновения, развития и взаимодействия планет, звезд, галактик и других космических образований. И, наконец, самый высший уровень самоорганизации - это совокупность всех законов и сил, обеспечивающих эволюцию.
Наука призвана не просто собирать фактический
материал, но и стремиться создать
целостную картину мира, целостное
мировоззрение. Химик Дмитрий Иванович
Менделеев (1834-1907) впервые упорядочил
многообразие существующих в природе
веществ, создав периодическую систему
химических элементов. В современной
атомной физике периодическая система
Менделеева может считаться воплощением
основного закона строения атомов.
В биологии, в соответствии с открытыми
им законами, происходит передача от поколения
к поколению наследственных признаков
при скрещивании, к примеру, растений
с различной окраской цветков
или при выведении новой породы
собак. Уже в наше время были обнаружены
химические механизмы такой передачи,
происходящей благодаря гигантским
молекулам
Таким образом, человечество неустанно ищет и находит все новые и новые законы, единые для всех происходящих в природе процессов. В то время как явления самого разнообразного свойства усилиями ученых сводятся, наконец, воедино как проявления неких законов природы, исследователи обнаруживают совершенно новые факты, касающиеся еще более сложных явлений, и порой наука оказывается близка к полному погребению под лавиной добываемых учеными сведений. Отсюда - бесконечная гонка, борьба между потоком новых фактов и стремлением ученых эти факты систематизировать, понять и соотнести с действием единых законов мироздания.
Под самоорганизацией в синергетике
понимаются процессы возникновения
макроскопически упорядоченных
пространственно временных
Интересно, что как в установлении, так и в разрушении порядка огромную роль играют маленькие воздействия (флуктуации). Благодаря этим воздействиям система в одних случаях приобретает упорядоченность, в других эта упорядоченность, исчерпав себя, разрушается, при этом система попадает в состояние неустойчивости. Смена режимов устойчивости и неустойчивости происходит в системах, где есть подвод вещества, энергии и информации. До развития синергетики наука рассматривала отдельно хаос и порядок, причем основное внимание уделялось именно порядку, ибо его можно описать относительно простыми математическими уравнениями. Синергетика выявляет пути зарождения в хаосе порядка, его поддержания и распада.
Представьте себе нагрев воды в кастрюле. За счет подвода энергии вода начинает нагреваться, появляются пузырьки воздуха в воде. А возникают они на случайных местах, в силу случайностей. Но если пузырек образовался, то в уже достаточно нагретой воде он увеличивается в размерах и поднимается к поверхности воды, где лопается. При нагревании воды хаотичность движения ее молекул возрастает, но именно в этом хаосе устанавливается порядок, развивается история капель, наполненных водяными парами.
Нечто аналогичное происходит в товарно-денежных отношениях. Здесь хаос — это рынок. Одни продают, другие покупают, при этом разброс чувств, мнений огромен. Но в хаосе рынка устанавливаются определенные закономерные отношения, которые изучает экономика как наука.
Сложной системой с хаосом и порядком является любой естественный язык. Филологи хорошо знают, что грамматические закономерности возникают случайным образом, одни случайности «вымирают», а другие, наоборот, приобретают все новых сторонников. Язык — это шум, хаос, в котором есть порядок.
Исходя из успехов синергетики ученые объясняют возникновение и развитие упорядоченных систем перестройкой хаоса. Все возникает из хаоса. Поскольку система «забывает» свои прошлые состояния, то неизвестно, что было до хаоса и в принципе это невозможно узнать.
Предмет же синергетики охватывает все этапы универсального процесса самоорганизации как процесса эволюции порядка - его возникновения, развития, самоусложнения и разрушения, т.е. весь цикл развития системы в аспекте ее структурного упорядочения. Иными словами, синергетику можно считать наиболее полной, интегральной теорией порядка и хаоса потому, что она исследует различные фазы (уровни) порядка и проявления различной роли хаоса на этих этапах порядкообразования.
Методологическое преимущество синергетики,
по сравнению с упомянутыми нами
ранее теориями, заключается в
том, что последние анализируют
процессы упорядочения и организации
под специфическим
Самоорганизация - это основной закон
природы, это - механизм управления процессами,
происходящими на всех уровнях, направленный
на возникновение и поддержание
процессов, связанных с образованием
новых более
О соотношении синергетики
и самоорганизации вполне определено,
что содержание, на которое они
распространяются, и заложенные в
них идеи неотрывны друг от друга.
Они же имеют и различия. Поэтому
синергетику как концепцию
§4.Причины хаоса.
Идеи Брюссельской школы, существенно опирающиеся на работы Пригожина, образуют новую, всеобъемлющую теорию изменений.
В сильно упрощенном виде суть этой теории
сводится к следующему. Некоторые
части Вселенной действительно
могут действовать как
Кроме того, открытый характер подавляющего большинства систем во Вселенной наводит на мысль о том, что реальность отнюдь не является ареной, на которой господствует порядок, стабильность и равновесие: главенствующую роль в окружающем нас мире играют неустойчивость и неравновесность.
Если воспользоваться
§5.Роль энтропии как меры хаоса.
Знаменитое второе начало (закон) термодинамики в формулировке немецкого физика Р. Клаузиса звучит так: «Теплота не переходит самопроизвольно от холодного тела к более горячему».
Закон сохранения и превращения энергии (первое начало термодинамики), в принципе, не запрещает такого перехода, лишь бы количество энергии сохранялось в прежнем объеме. Но в реальности это никогда не происходит. Данную односторонность, однонаправленность перераспределения энергии в замкнутых системах и подчеркивает второе начало термодинамики.
Для отражения этого процесса в термодинамику было введено новое понятие — «энтропия». Под энтропией стали понижать меру беспорядка системы. Более точная формулировка второго начала термодинамики приняла такой вид: при самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает.
Физический смысл возрастания энтропии сводится к тому, что состоящая из некоторого множества частиц изолированная (с постоянной энергией) система стремится перейти в состояние с наименьшей упорядоченностью движения частиц. Это и есть наиболее простое состояние системы, или термодинамическое равновесие, при котором движение частиц хаотично. Максимальная энтропия означает полное термодинамическое равновесие, что эквивалентно хаосу.
Однако, исходя из теории изменений
Пригожина, энтропия — не просто безостановочное
соскальзывание системы к состоянию,
лишенному какой бы то ни было организации.
При определенных условиях энтропия
становится прародительницей порядка.
[3, c. 121]
§6.Порядок из хаоса.
В физической картине мира до 70-х годов XX века царствовали два закона классической термодинамики. Первый закон термодинамики (закон сохранения и превращения энергии) фиксировал всеобщее постоянство и превращаемость энергии. Закон констатировал, что в замкнутой системе тел нельзя ни увеличить, ни уменьшить общее количество энергии. Этот закон утверждал независимость такого изменения энергии от уровня организации животного, человека, общества и техники. Второй закон термодинамики выражает направленность перехода энергии, именно переход теплоты от более нагретых тел к менее нагретым. Иногда этот закон формулируют так: тепло не может перетечь самопроизвольно от холодного тела к горячему. Этому могут способствовать только затраты дополнительной работы.
В соответствии с классическими
физическими представлениями в
замкнутой системе происходит выравнивание
температур, система стремится к
своему термодинамическому равновесию,
порядку, соответствующему максимуму
энтропии. В физической картине мира
принцип возрастания энтропии соответствует
одностороннему течению явлений, т.
е. в направлении хаоса, беспорядка
и дезорганизации. Один из основателей
классической термодинамики Р. Клаузис
в своей попытке распространить
законы термодинамики на Вселенную
пришел к выводу: энтропия Вселенной
всегда возрастает. Если принять этот
постулат как реальный факт, то во Вселенной
неизбежно наступит тепловая смерть.
С тех пор, как физика открыла
этот процесс рассеивания, деградации
энергии, люди чувствовали «понижение
теплоты вокруг себя». Многие ученые
не соглашались с выводами Клаузиса.
В. И. Вернадский утверждал, что «жизнь
не укладывается в рамки энтропии».
В природе наряду с энтропийными
процессами происходят и антиэнтропийные
процессы. Многие учение высказывали
сомнение по поводу распространения
второго закона термодинамики на
всю Вселенную. Но в мире, как мы
знаем, не только господствует тяга к
тепловой или другой смерти. В мире
постоянно идет процесс возникновения
нового, эволюции и развития разного
рода систем. Согласно эволюционной теории
Дарвина, живая природа развивается
в направлении
Ответить на вопрос, как происходит
эволюция и возникновение в природе,
как происходит организация порядка
из хаоса, «решила» новая наука синергетика
(совместно с новой
Классическая термодинамика в
своем анализе систем отвлекалась
от их сложности и проблем
Немецкий физик Герман Хакен термином «синергетика» предложил обозначить совокупный, коллективный эффект взаимодействия большого числа подсистем, приводящих к образованию устойчивых структур и самоорганизации в сложных системах.
Конечно, феномен перехода от хаоса
к порядку, упорядочения ученые знали
и до этого. В качестве примеров организации
порядка из хаоса 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-
В физике явления самоорганизации встречаются от атомных объектов и кончая галактическими системами. Появление лазера – организация порядка из хаоса. Атомы, внедренные в лазер, могут возбуждаться действием энергии извне, например, путем освещения. Если внешняя энергия недостаточна, лазер работает как радиолампа. Когда же она достигает мощности лазерной генерации, атомы, ранее испускавшие волны хаотично и независимо, начинает излучать один громадный цуг волн длиной около 300 000 км. Выделяя при этом очень большую энергию, передаваемую на большие расстояния. Атомная антенна начинает резонировать, все атомы начинают излучать согласованно, и волны совершают как бы одно коллективное движение.
Биологические и социальные системы поддерживают упорядоченные состояния, несмотря на возмущающие влияния окружающей среды.
Синергетика исследует особые состояния систем в области их неустойчивого состояния, способность к самоорганизации, точки бифуркации (переходные моменты, переломные точки).
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. Случайность и необходимость взаимно дополняют друга в процессе возникновения нового.
5. Диссипативные структуры существуют лишь постольку, поскольку система 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. [6, c. 273-276]

- Синергетика-различные взгляды
- Синергетика - теория самоорганизации
- Синергетика - теория самоорганизации
- Синергетика туралы жалпы түсінік
- Синергетика: энергия совместного действия
- Синергетическая концепция самоорганизации
- Синергетическая концепция самоорганизации
- Синергетика как теория самоорганизации
- Синергетика как теория самоорганизации
- Синергетика-мировоззрение
- Синергетика - наука о процессах самоорганизации сложных систем
- Синергетика – наука о самоорганизации мате-рии
- Синергетика - новая наука современности
- Синергетика, основные положения