Курсовая работа: Синергетика и самоорганизация

Введение

Человечество вступило в этап своего развития, который называют информационным обществом. В этих условиях появление новых парадигм познания вполне закономерно и наиболее интегральным в них становится синергетика.

Синергетика - новое направление в познании человеком природы, общества и самого себя, смысла своего существования. Новое качество в познании достигается за счет использования нелинейного мышления и синтеза достижений различных наук при конструировании образа мироздания.

Синергийный подход предполагает нелинейное развитие по бифуркационному сценарию, когда новое качество человека и общества не представляет собой результат закономерного поступательного развития, а является следствием выбора одного из возможных вариантов развития под влиянием коллективных и индивидуальных взаимодействий, которые могут изменить направление не только общественных преобразований, но и саму сущность человека.

Во второй половине XX века исследование сложных, самоорганизующихся систем вошло в круг важнейших задач развития научного знания. К числу таких систем стали относить социальные, информационные и биологические, физические и химические среды, психику человека, головной мозг и многие другое наступило осознание, что трансформация физических представлений по своему значению вышла за пределы физических наук, перешла на уровень космологических проблем, что исследование самоорганизации находится на границе естествознания и философии и необходимо создание определенной картины мира. В развитии естествознания и философии этот период оценен как эпоха, когда миновала возможность безапелляционных утверждений и взаимоисключающих позиций. Таким образом, методологическое и мировоззренческое осмысление самоорганизации стало, пожалуй, символом перехода в XXI век. Этим и мотивируется наше стремление разобраться в истории вопроса, содержании терминов и основных понятий синергетики.

1. Синергетика как новое направление междисциплинарных исследований и новое миропонимание

1.1 Основные этапы развития синергетики. Термины и понятия. Категориальный аппарат

Термин "синергетика" происходит от греческого "синергос" - совместно действующий. В данном случае имеются в виду совместные усилия ученых многих областей знания по поиску новых парадигм познания явлений природы, общества и созданию научной картины мира, отвечающей современным требованиям. На стыках наук, на путях их интеграции в рамках нелинейного мышления появляется возможность действительно по-новому взглянуть на результаты исследований в астрономии и космологии, физике и химии, математике, биологии, других естественных науках, науках о человеке и обществе. При этом происходит не только интеграция научных достижений, связанных с использованием различных теоретико-методологических направлений современности, но и обращение к наиболее продуктивным идеям всех времен и народов, в частности, к идеям древности, как на Востоке, так и на Западе.

У мыслителей Востока (особенно Китая и Индии) синергетика заимствует и развивает далее философские концепции целостности мироздания (все во всем) и идею общего закона, единого пути, которому следуют и мир в целом, и человек в нем. От Запада же она наследует традиции анализа с использованием математического аппарата, опору на эксперимент. Среди философских течений нового времени на становление синергетики оказали влияние не только диалектический материализм, но и некоторые идеи позитивизма, онтологизма, редукционизма. На такой концептуальной основе синергетика ведет диалог с прошлым, настоящим и будущим. В итоге формируется принципиально новая теория и методология познания, которая, опираясь на последние достижения математического моделирования с помощью современной вычислительной техники, стала конкурентом философии.

Синергетика - это не только своеобразный синтез многих научных методов исследования, методологических систем, теоретических построений, но и перевод их в новые измерения постнеклассичесной науки, что отражается в формировании соответствующего категориального аппарата. В результате мы получаем новые измерения природной и социальной действительности, новые методы ее описания, анализа, типологизации, интерпретации явлений и процессов, их осмысления.

У синергетики складывается и собственный предмет исследования. Она изучает закономерности и механизмы самоорганизации (перехода от хаоса к порядку) в открытых нелинейных системах сложной конфигурации, каковыми, безусловно, являются и природа в целом, и человеческое общество, и многие системы искусственного происхождения. Будучи тесно связанной с кибернетикой, математическим моделированием и системным подходом к изучению реальности, синергетика расширяет наши представления о самодвижении и развитии материи, взаимосвязи материального и духовного, позволяет по-иному взглянуть на эволюционные процессы в природе, на процессы возникновения жизни и человека, на перспективы человеческой цивилизации в космологических пространственно-временных масштабах.

Специфика предмета синергетики состоит в том, что она изучает процессы самоорганизации в открытых системах под углом зрения нелинейного мышления. Объектом же исследования являются сложноорганизованные неравновесные системы, находящиеся на различных стадиях перехода от хаоса к порядку и обратно. Эвристические возможности синергетики находят применение практически во всех областях знания.

Синергетика не является уже сложившейся наукой. К новому направлению междисциплинарных исследований присоединяются представители самих разнообразных областей знания, которые, естественно, идут к осмыслению идей синергетики с позиций своей исходной специализации, будь то физика или математика, биология или химия, философия или социология, экономика или кибернетика.

К настоящему времени на Западе сложились и активно функционируют две главные школы исследований в области синергетики. Во-первых, это брюссельская школа лауреата Нобелевской премии по химии за 1977 год Ильи Романовича Пригожина (из числа потомков русских эмигрантов, покинувшие России после революционных событий 1917 года). Во-вторых, школа немецкого ученого-физика Г. Хакена, возглавляющего Институт синергетики и теоретической Физики и Штутгарте (Германия). Именно он первым начал использовать термин «синергетика».

В результате разработки идей синергетики и соответствующих методов системных и междисциплинарных исследований открывается перспектива выхода на понимание интегральных сценариев развертывания событий во Вселенной на микро-, макро - и мегауровнях, что позволит переосмыслить и роль человека в глобальных процессах, в структуре познавательной и практической деятельности. С этих позиций легче определить стратегию решения и чисто земных проблем. Общие контуры такой стратегии уже вырисовываются. От извечной борьбы с природой человечество начинает переходить к поиску своего предназначения в ней, к коэволюции с природой.

Становление нового подхода к познанию природной и социальной действительности неразрывно связано с разработкой соответствующей системы понятий и категорий. Любая многоуровневая структура рассматривается в синергетике с точки зрения ее открытости или закрытости (изолированности), линейности или нелинейности, стабильности или неустойчивости, порядка или хаоса, самоорганизации, диссипативности, фрактальности и т.д. Кроме того, в синергетике используются такие понятия как "аттрактор", "бифуркации", "кооперативные процессы", а также целый ряд других. Многие из них уже прочно вошли в научный оборот. Другие же требуют подробного пояснения, соответствующей интерпретации.

Начнем о выяснения содержания понятий открытости и закрытости системы. Открытость означает, прежде всего, такое свойство системы, при котором она имеет возможность непрерывного обмена веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Причем, возможности такого обмена существуют в каждой точке системы, а не только через фиксированные каналы. Еще одним свойством открытых систем является возможность управления всеми ресурсами системы или любой ее точки. Так должна выглядеть открытая система в идеале. На практике же мы встречаемся с целой гаммой переходных состояний от полной открытости до полной изоляции.

Несмотря на то, что открытая система представляет собой логически и организационно единый комплекс, каждый отдельный элемент комплекса имеет достаточно степеней свободы для своего индивидуального самовыражения и развития, не нарушающего целостность системы. Это можно показать на примере природных и социальных объектов. Так, общество (государство) может быть легко отнесено к открытому или закрытому типу. К закрытым обществам относятся, прежде всего, тоталитарные государства с чрезмерно централизованной системой управления и пренебрежением к правам и свободам человека. В открытом же обществе каждый его член может свободно перемещаться внутри и за пределами государства, обмениваясь информацией, идеями, материальными и духовными ценностями без всяких ограничений. В открытом обществе человек становится полноправной личностью, а не винтиком государственной машины. Это распространяется не только на положение индивида, но и на все другие компоненты открытого общества (коллективы, организации, города, области и т.д.).

Нелинейность является фундаментальной характеристикой открытой системы и предполагает непрерывность выбора альтернатив ее развития. Нелинейная система обязательно многомерна, многовариантна и не поддается классическим методам описания, что порождает потребность в выработке таких методов, которые отвечали бы условиям задачи. В математике нелинейными называют такие уравнения, которые имеют несколько качественно различных решений. Множеству способов решения задач, связанных с нелинейными уравнениями, соответствует множество путей эволюции, описываемой этими уравнениями. Необходимость анализа подобных ситуаций в познавательной деятельности привела многих ученых к разработке методологии решения эвристических проблем в нелинейных средах. Эта методология получила название нелинейного мышления.

Термином "диссипативные" (в переводе с английского - "рассеивающие") обозначаются открытые нелинейные системы, где преобладают процессы размывания, рассеивания неоднородностей. Происходит перевод (спуск) избытков поступлений вещества и энергии на низлежащие уровни (в более простые формы) или вывод их за пределы системы. Диссипация означает, таким образом, переструктурирование чужого в свое и рассеяние лишнего. "Диссипативные процессы, - пишет И.Р. Пригожий - ведут не к равновесию, но к формированию диссипативных структур, тождественных процессам, которые из-за взаимной компенсации приводят к равновесию." Функционирование такой непрерывно взаимодействующей с окружающей средой системы как бы противоречит второму закону термодинамики и для его адекватного описания и объяснения необходимы нетрадиционные подходы, связанные с нелинейным мышлением. Большинство объектов природы (наше солнце, другие звезды, галактики и т.д.) являются диссипативными системами. Ими являются все живые существа, которые могут существовать только на основе такого рода включенности в окружающую среду. Крупные социальные объекты (например, города, государства) также можно отнести к диссипативным структурам.

Понятие самоорганизации выражает способность сложных систем к упорядочению своей внутренней структуры. Самоорганизация в сложных и динамичных открытых системах возможна лишь при наличии достаточно большого числа взаимодействующих элементов. Причем, поведение взаимодействующих элементов должно быть кооперативным и когерентным. Это относится и к природе и к обществу. Механизм самоорганизации начинает действовать в рамках более масштабных и качественно иных структур. И охватывает уже не отдельные общности людей, а все человеческое сообщество.

В синергетике используются также понятия, обозначающие специфику некоторых состояний в эволюции открытых, нелинейных самоорганизующихся систем.

Понятием "бифуркация" обозначается состояние системы, находящейся перед выбором возможных вариантов функционирования или путей эволюции (развилка дорог). В математике это означает ветвление решений нелинейного дифференциального уравнения. В точке бифуркации (на перепутье) система находится в неравновесном состоянии, где малейшие флуктуации или случайные обстоятельства могут кардинально изменить направление дальнейшего развития, закрывая тем самым возможности движения альтернативным путем. Характеризуя такие состояния, И.Р. Пригожий подчеркивает «уникальность точек бифуркации, в которых состояние системы теряет стабильность и может развиваться в сторону многих различных режимов функционирования».

Поскольку проблема выбора режимов функционирования или направлений развития возникает перед любой самоорганизующейся системой, в синергетике приступили к построению и исследованию бифуркационных моделей с тем, чтобы попытаться обнаружить закономерность в самой случайности.

Понятие "аттрактор" (от латинского - притягивать) означает некоторую совокупность условий, при которых выбор путей движения или эволюции разных систем происходит по сходящимся траекториям, и, в конечном итоге, как бы притягивается к одной точке. Наглядно это можно представить в виде конуса бытовой воронки, направляющего движение частиц жидкости или сыпучих тел (например, песка) к своему центру (вершине конуса - горловине воронки) независимо от первоначальных траекторий. Пространство внутри конуса воронки (аттрактора), где любая частица (система) туда попавшая постепенно смещается в заданном направлении, называют "зоной аттрактора".

Различают несколько разновидностей аттрактора, среди которых следует выделить так называемый "странный аттрактор". При состояниях системы характеризуемых странным аттрактором, становится невозможным определить поведение частиц (их поведение) в каждый данный момент, хотя мы, и уверены, что они находятся в зоне аттрактора.

С помощью алгоритмов странного аттрактора наука выходит на описание изменений в климате, погодных процессов, движения некоторых небесных тел, поведения многих элементарных частиц, явлений тепловой конвекции и т.д.

Важное значение для синергетического миропонимания имеет понятие фрактальности (самоподобия). Фракталами обозначают явления масштабной инвариантности, когда последующие фермы самоорганизации материальных и социальных систем напоминают по своему строению предыдущие. Такие явления мы довольно часто наблюдаем в природе. Например, наукой давно подмечено, что строение солнечной системы (как и всех звездных систем) в определенной мере подобно строению атома, но на два десятка порядков в больших пространственно-временных масштабах.

Фрактальные аналогии в синергетике являются одним из методов познания природных и социальных явлений, поскольку часто служат основой для построения научных гипотез и теорий. Например, сходство очертаний обращенных друг к другу частей материков (например, Африки и Южной Америки) послужило основанием для выдвижения гипотезы об их происхождении, как известно, затем подтвердившейся.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--