Кибернетика и синергетика наука о самоорганизующихся системах
к: 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, 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 усовершенствования и усложнения всё новых
видов растений и животных. В обществе наблюдается процесс социального
творчества, т. е. созидания нового. Спрашивается, как из всеобщей тенденции
к энтропии, дезорганизации может появиться " порядок" в живой природе и
социуме. Возникновение нового казалось невероятным чудом.
Ответить на вопрос, как происходит эволюция и возникновение в природе, "
решила" новая наука синергетика (совместно с новой неравновесной
термодинамикой, теорией открытых систем).
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.
Примером самоорганизации в гидродинамике служит образование в подогреваемой
жидкости (начиная с некоторой температуры) шестиугольных ячеек Бенара,
возникновение тороидальных вихрей (вихрей Тейлора) между вращающимися
цилиндрами. Пример вынужденной организации - синхронизация мод в
многомодовом лазере с помощью внешних периодических воздействий. Интерес
для понимания законов синергетики представляют процессы предбиологической
самоорганизации до биологического уровня. Самоорганизующиеся системы
возникли исторически в период возникновения жизни на Земле.
Основы синергетики были заложены немецкий ученым Г. Хакеном ( автором
книги "Синергетика" (М, 1980)), работами бельгийского ученого И. Пригожина
и его группы. Работы Пригожина по теории необратимых процессов в открытых
неравновесных системах были удостоены Нобелевской премии (1977).
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.
Классическая термодинамика в своем анализе систем отвлекалась от их
сложности и проблем взаимосвязи с внешней средой. По существу, она
рассматривала изолированные, закрытые системы. Но в мире есть и открытые
системы, которые обмениваются веществом, энергией информацией со средой. В
открытых системах тоже возникает энтропия, происходят необратимые процессы,
но за счет получения материальных ресурсов, энергии и информации система
сохраняется, а энтропию выводит в окружающую среду. Открытые системы
характеризуются неравновесной структурой. 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.
В физике явления самоорганизации встречаются от атомных объектов и
кончая галактическими системами. Лично Г. Хакен считает маяком синергетики
лазер. 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. Атомная антенна
начинает осциллировать в фазе, 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 откр
| |  скачать работу |
Кибернетика и синергетика наука о самоорганизующихся системах |
