Физическая картина мира
, элементов, связи с
окружающей средой. Установление цели исследования: выяснение структуры
системы, изменение и преобразование её деятельности или наличие
длительного механизма управления и функционирования. Система не
обязательно является материальным объектом. Она может быть и
воображаемым в мозгу сочетанием всех возможных структур для достижения
определённой цели.
2. Выяснение основных критериев для обеспечения целесообразного или
целенаправленного действия системы, а также основные ограничения и
условия существования.
3. Определение альтернативных вариантов при выборе структур или
элементов для достижения заданной цели. При этом необходимо учесть все
факторы, влияющие на систему и все возможные варианты решения
проблемы.
4. Составление модели функционирования системы. Существенность факторов
определяется по их влиянию на определяющие критерии цели.
5. Оптимизация режима существования или работы системы. Градация решений
по их оптимальному эффекту, по функционированию (достижению цели).
6. Проектирование оптимальных структур и функциональных действий системы.
Определение оптимальной схемы их регулирования или управления.
7. Контроль за работой системы в эксплуатации, определение её надёжности
и работоспособности. Установление надёжной обратной связи по
результатам функционирования.
Все эти операции обычно проводят повторно в виде нескольких циклов,
постепенно приближаясь к оптимальным решениям. После каждого цикла уточняют
критерии и другие параметры модели. До настоящего времени методы системного
анализа позволяли делать качественные, часто не совсем конкретные выводы.
После уточнения методов определения потоков информации эти методы позволяют
значительно точнее прогнозировать поведение систем и более эффективно
управлять ими. В каждой системе можно выделить отдельную, более или менее
сложную инфосхему. Последняя оказывает особенно заметное влияние на
функционирование системы, на эффективность её работы. Только учёт
инфоструктур даёт возможность охватить целостность системы и избегать
применение недостаточно адекватных математических моделей. Наибольшие
ошибки при принятии решений делают из-за отсутствия учёта некоторых
существенных факторов, особенно учёта влияния инфопотоков. Выяснение
вопроса взаимного влияния систем представляет сложную задачу, так как они
образуют тесно переплетённую сеть в многомерном пространстве. Например,
любая фирма представляет собою сосредоточение элементов многих других
систем и иерархии: отраслевые министерства, территориальные органы власти,
страховые организации, и др. Каждый элемент в системе участвует во многих
системных иерархиях. Поэтому прогноз их деятельности сложен и требует
тщательного информационного обеспечения. Такое же многоиерархическое
строение имеют, например, клетки любого живого организма
Специфика современных картин мира может породить впечатление, что они
возникают только после того, как сформирована теория, и поэтому современный
теоретический поиск идет без их целенаправляющего воздействия.
Однако такого рода представления возникают в результате весьма беглого
рассмотрения современных и следовательских ситуаций. Более глубокий анализ
обнаруживает, что и в современном исследовании процесс выдвижения
математических гипотез может быть целенаправлен онтологическими принципами
картины мира.
5. Теория самоорганизации (синергетика).
От моделирования простых к моделированию сложных систем.
Классическое и неклассическое естествознание объединяет одна общая
черта: предмет познания у них - это простые (замкнутые, изолированные,
обратимые во времени) системы. Но, в сущности, такое понимание предмета
познания является сильной абстракцией. Вселенная представляет из себя
множество систем. И лишь некоторые из них могут трактоваться как замкнутые
системы, т.е. как “механизмы”. Во Вселенной таких “закрытых” систем
меньшинство. Подавляющее большинство реальных систем открытые. Это значит,
что они обмениваются энергией, веществом и информацией с окружающей средой.
К такого рода системам относятся и такие системы, которые больше всего
интересуют человека, значимы для него - биологические и социальные системы.
Человек всегда стремился постичь природу сложного. Как ориентироваться
в сложном и нестабильном мире? Какова природа сложного и каковы законы его
функционирования и развития? В какой степени предсказуемо поведение сложных
систем?
В 70-е годы ХХ века начала активно развиваться теория сложных
самоорганизующихся систем, получившая название синергетики. Результаты
исследований в области нелинейного (порядка выше второго) математического
моделирования сложных открытых систем привели к рождению нового мощного
научного направления в современном естествознании - синергетики. Как и
кибернетика (наука управления ) , синергетика - это некоторый
междисциплинарный подход. Но в отличие от кибернетики, где акцент делается
на процессах управления и обмена информацией, синергетика ориентирована на
исследование принципов построения организации, ее возникновения, развития и
самоусложнения.
Мир нелинейных самоорганизующихся систем гораздо богаче мира закрытых,
линейных систем. Вместе с тем, “нелинейный мир” и сложнее поддается
моделированию. Большинство возникающих нелинейных уравнений не может быть
решено аналитически. Как правило, для их (приближенного) решения требуется
сочетание современных аналитических методов с большими сериями расчетов на
ЭВМ, с вычислительными экспериментами. Синергетика открывает для
исследования - необычные для классического и неклассического естествознания
- стороны мира: его нестабильность, многообразие путей изменения и
развития, раскрывает условия существования и устойчивого развития сложных
структур, делает возможным моделирование катастрофических ситуаций и др.
Методами синергетики было осуществлено моделирование многих сложных
самоорганизующихся систем в физике и гидродинамике, в химии и биологии, в
астрофизике и в обществе: от морфогенеза в биологии и некоторых аспектов
функционирования мозга до флаттера крыла самолета, от молекулярной физики и
автоколебательных процессов в химии (так, например реакция
самоструктурирования химических соединений Белоусова - Жаботинского) до
эволюции звезд и космологических процессов, от электронных приборов до
формирования общественного мнения и демографических процессов.
6. Характеристики самоорганизующихся систем.
Итак, предметом синергетики являются сложные самоорганизующиеся
системы. Что такое самоорганизующиеся системы? Один из основоположников
синергетики Г. Хакен следующим образом определяет понятие
самоорганизующейся системы: “Мы называем систему самоорганизующейся, если
она без специфического воздействия извне обретает какую-то
пространственную, временную или функциональную структуру. Под специфическим
внешним воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе
структуру или функционирование. В случае же самоорганизующихся систем
испытывается извне неспецифическое воздействие. Например, жидкость,
подогреваемая снизу, совершенно равномерно обретает в результате
самоорганизации макроструктуру, образуя шестиугольные ячейки. Таким
образом, современное естествознание ищет пути для теоретического
моделирования самых сложных систем, которые присущи природе - систем,
способных к самоорганизации, саморазвитию.
Основные свойства самоорганизующихся систем - открытость,
нелинейность, диссипативность. Теория самоорганизации имеет дело с
открытыми, нелинейными диссипативными системами, далекими от равновесия.
6.1 Открытость.
Классическая термодинамика имела дело с закрытыми системами, т.е.
такими системами, которые не обмениваются со средой веществом, энергией и
информацией. Напомним, что центральным понятием термодинамики является
понятие энтропии. Это понятие относится к закрытым системам, находящимся в
тепловом равновесии, которое можно охарактеризовать температурой Т.
Изменение энтропии определяется формулой:
d E = d Q / T ,
где d Q - количество тепла, обратимо подведенное к системе или
отведенное от нее.
Именно по отношению к закрытым системам и были сформулированы два
начала термодинамики. В соответствии с первым началом термодинамики, в
закрытой системе энергия сохраняется, хотя и может приобретать различные
формы.
Второе начало термодинамики гласит, что в замкнутой системе энтропия
никогда не может убывать, а лишь возрастает до тех пор, пока не достигнет
максимума. Иначе говоря, согласно второму началу термодинамики запас
энергии во Вселенной иссякает, а вся Вселенная неизбежно приближается к
тепловой смерти. Ход событий во Вселенной невозможно повернуть вспять, дабы
воспрепятствовать возрастанию энтропии. Со временем способность Вселенной
поддерживать организованные структуры ослабевает, и такие структуры
распадаются на менее организованные, которые в большей мере наделены
случайными элементами. По мере того как иссякает запас энергии и возрастает
энтропия, в системе нивелируются различия. Это значит, что Вселенную ждет
все более
| |  скачать работу |
Физическая картина мира |
