Синергетика и теория самоорганизации

Предмет- концепции современного естествознания, Академия госслужбы, Питер ...

1.Введение.
2.Основные положения теории самоорганизации.
3.Самоорганизация как познавательная модель.
4.От теории самоорганизации к синергетике.
5.Научные школы (течения) в синергетике.
6.Синергетика и самоорганизация
7.Заключение. Общенаучный и общественный контекст синергетики.

Научно-техническая революция, развернувшаяся в последние десятилетия, внесла много нового в наши представления о естественнонаучной картине мира. Возникновение системного подхода позволило взгля-нуть на окружающий нас мир как единое, целостное образование, состоящее из огромного множества взаи-модействующих друг с другом систем. Именно появление такого междисциплинарного направле¬ния исследований, как синергетика, или учение о само-организации, дало возможность, не только раскрыть внутренние механизмы всех эволюционных процессов, которые происходят в природе, но и представить весь мир как мир самоорганизующихся процессов.
В своем реферате я хотела бы рассмотреть общие положения теории самоорганизации, их взаимосвязь с синергетикой и в конечном итоге показать важность и общенаучное значени е синергетики, несмотря на ее значительную молодость.

Идея самоорганизации, развитая в синергетике, оказалась соединенной с идеей познаниякак диалога между человеком и природй. Вместе с тем была существенно расширена область применения идеи самоорганизации, которая из собственно кибернетической стала гораздо более широкой и обобщенной и характеризует гораздо более широкий класс природных процессов. Принципы самоорганизации, связываемые в нач 70-х гг лишь с кибернетическими моделями познания и с кибернетическими обратными связями, были подвергнуты переосмыслению, одновременно были выявлены границы прежних компьютерных моделей познания.
4.От теории самоорганизации к синергетике.
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, 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 выражал 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, 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".
Первое использование данного термина связано с докладом профессора штудгартского университета Г.Хакена “Кооперативные явления в сильно неравновесных и нефизических системах” (в 1973 году).
Западногерманское издательство ''Шпрингер'' в 1975 году заказывает Хакену книгу. Уже в 1977 году монография под названием ''Синергетика'' выходит на немецком и английском языках. В 1978 году книга была переиздана, а вскоре вышла на японском и русском языках. Издательство ''Шпрингер'' открывает серию ''Синергетика'', в которой выходят все новые и новые труды.
Начиная с 1973 года, с той конференции, на которой впервые прозвучал этот термин, научные встречи по теме ''самоорганизация'' проходят каждые два года. К 1980 году было уже выпущено пять объемных сборников докладов этих конференций. А известнейший и старейший форум физиков – Сольвеевский конгресс в 1978 году был целиком посвящен проблемам самоорганизации. В нашей стране впервые конференция по синергетике прошла в 1982 году.
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.
5.Научные школы (течения) в синергетике.
В синергетике к настоящему времени сложилось уже несколько научных школ. Эти школы окрашены в те тона, которые привносят их сторонники, идущие к осмыслению идей синергетики с позиции своей исходной дисциплинарной области, будь то математика, физика, биология или даже обществознание.
В числе этих школ – брюссельская школа лауреата Нобелевской премии И.Р. Пригожкина, разрабатывающего теорию диссипативных структур, раскрывающую исторические предпосылки и мировоззренческие основания теории самоорганизации.
Интенсивно работает также школа Г.Хакена, профессора Института синергетики и теоретической физики в Штутгарте. Он объединил большую группу ученых вокруг шпрингеровской серии книг по синергетике, в рамках которой к настоящему времени увидели свет уже более 60 томов.
Классические работы, в которых развивается математический аппарат для описания катастрофических синергетических процессов, принадлежат перу российского математика В.И. Арнольда и французского математика Р. Тома. Эту теорию называют по-разному: теория катастроф, особенностей или бифурикаций.
Среди российских ученых следует упомянуть также академика А.А. Самарского и члена –корр. РАН С.П. Курдюмова. Их школа разрабатывает теорию самоорганизации на базе математических моделей и вычислительного эксперимента на дисплеях компьютеров. Эта школа выдвинула ряд оригинальных идей для понимания механизмов возникновения и эволюции относительно устойчивых структур в открытых (нелинейных) средах (системах).
Широко известны также работы академика Н. Н. Моисеева, разрабатывающего идеи универсального эволюционизма и коэволюции человека и природы, работы биофизиков, членов-корреспондентов РАН М. В. Волькенштейна и Д. С. Чернавского.
Такое разнообразие научных школ, направлений, идей свидетельствует о том, что синергетика представляет собой скорее парадигму, чем теорию. Это значит что она олицетворяет определенные достаточно общие концептуальные рамки, немногочисленные фундаментальные идеи, общепринятые в научном сообществе, и методы (образцы) научного исследования.
6.Синергетика и самоорганизация
В определенной части своего смысла синергетика и такие понятия как самоорганизация, саморазвитие и эволюция имеют общность, которая позволяет указать их все в качестве результатов синергетического процесса. В особенности самоорганизация устойчиво ассоциируются сегодня с синергетикой. Однако такие ассоциации имеют двоякое значение. С одной стороны, эффект самоорганизации является существенным, но, тем не менее, одним из компонентов, характеризующих синергетику, с другой — именно этот компонент придает выделенный смысл всему понятию синергетики и, как правило, является наиболее существенным и представляющим наибольший интерес.
Не только результаты, а и условия, причины и движущие силы самоорганизации имеют альтернативы. Так, в рассмотрении И.Р. Пригожина применительно к диссипативным структурам речь идет о когерентной самоорганизации, альтернативой для которой является континуальная самоорганизация индивидуальных микросистем, разработанная и предложенная А.П. Руденко. 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.
Таким образом, можно подвести краткие итоги о синергетической концепции самоорганизации:
1. 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.
Конкретная система погружена в среду, которая является также ее субстратом.
2. 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 газоподобная, однородная или сплошная. (В составе системы реализуется дальнодействие — полевое и опосредствованное (информационное) взаимодействие.)
3. Различаются процессы организации и самоорганизации Общим признаком для них является возрастание порядка вследствие протекания процессов, противоположных установлению 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.)
4. Результатом самоорганизации становится возникновение, взаимодействие, также взаимосодействие (например, кооперация) и, возможно, регенерация динамических объектов (подсистем) более сложных в информационном смысле, чем элементы (объекты) среды, из которых они возникают. Система и ее составляющие являются существенно динамическими образованиями.
5. Направленность процессов самоорганизации обусловлена внутренними свойствами объектов (подсистем) в их индивидуальном и коллективном проявлении, а также воздействиями со стороны среды, в которую ''погружена'' система.