Курсовая работа: Синергетика и самоорганизация
Формируя свой категориальный аппарат, синергетика нащупывает также закономерности, отражающие специфику нового мировидения. К ним следует отнести закономерности самоорганизации в открытых нелинейных системах, закономерности протекания диссипативных процессов в различных средах, закономерности проявления фрактальности, закономерности в бифуркационных ситуациях и т.д. Синергетические закономерности обнаруживают себя как в материальном мире косной (неорганической) природы, так и в мире живой природы, в том числе и в социуме.
Таким образом, становление синергетики создает новую теоретико-методологическую парадигму исследования природных и социальных явлений. Она, по мнению Г.И. Рузавина, позволяет "проанализировать и свести в единое целое многие результаты, полученные в астрономии и космологии, физике и химии, биофизике и биохимии, генетике и молекулярной биологии, геологии и экологии, относящимся к различным аспектам микро и макроэволюции". Тщательный анализ позиций синергетического подхода накопленных фактов и фундаментальных открытий в современной науке будет способствовать углублению, уточнению и конкретизации важнейших положений научных теорий о развитии материи, сущности жизни» Разума и перспективах человеческой цивилизация. По ряду важных аспектов познания следует ожидать радикальных перемен в мировоззренческих установках, в объяснении загадок природы.
1.2 Уровни самоорганизации материи и концепция развития
Утверждение синергетики как нового стиля научного мышления, который часто отождествляют с нелинейным мышлением, связано с выдвижением принципиально новых методологических принципов в формировании, как общей картины мира, так и ее основания - физической картины мира. Центральным методологическим принципом синергетики является признание теории самоорганизации в качестве отправной точки научного мировоззрения, и исследование закономерностей и механизмов самоорганизации - единственным способом представить рациональное объяснение возникновению порядка из хаоса естественным путем.
С позиций синергетики физическая картина мира представляет сложную иерархию открытых, неравновесных самоорганизующихся систем, подчиняющихся некоторым универсальным законам эволюции. Естественно, возникает вопрос о пространственно-временных и других измерениях процессов самоорганизации, о критериях масштабности в иерархии сложноорганизованных материальных систем. В связи с этим становится необходимым вернуться к "вечному" вопросу о соотношении и формах проявления конечного и бесконечного". Именно через призму рассмотрения этого вопроса проблема переводится в русло многомерности и современного понимания онтологизма.
При всем многообразии явлений материального мира это многообразие, как показывают данные современной науки, диалектически взаимосвязано с единством его сущностных основ. Единство материального мира характеризуется подчинением физических форм движения, самоорганизации и развития некоторому сравнительно ограниченному кругу законов, интегральное выражение сущности которых заключено в предельно объемной категории, условно обозначаемой термином "непрерывность прерывности". Данный термин обозначает также и основополагающий закон, обобщающий всю совокупность связей материального мира.
Непрерывность прерывности (как форма проявления единства конечного и бесконечного) рассматривается не только традиционно в горизонтальном, но и в вертикальном срезе самоорганизации материи. В последнем случае ее физические формы представлены последовательными, уходящими в бесконечность рядами структурных уровней, каждому из которых соответствует целый класс дискретных форм.
Каждое из этих состояний материального мира можно определить, как структурный уровень самоорганизации материи, в дальнейшем обозначаемый сокращенно СУСМ.
Возрастание размерности физических постоянных от уровня к уровню, как и "перешагивание" через межуровневый интервал, видимо составляет важную закономерность эволюции форм материи. Поскольку возрастание размерности физических и иных форы происходит во времени, значение времени приобретает относительность (привязанность к определенному материальному субстрату, системе) и каждому этапу в развитии, материального мира, иначе говоря, каждому структурному уровню самоорганизации материи соответствует определенный временной эквивалент. Можно предположить, что он пропорционален протяженности и массе частиц этого уровня. Так, если средняя протяженность частиц микромира приблизительно на 20 порядков меньше объектов макромира, то и процессы в микромире должны протекать быстрее на столько же порядков. Эту разницу в скорости протекания процессов следует рассматривать как межуровневый - временной интервал между мирами, присущими каждому из структурного уровня самоорганизации материи.
Для понимания механизмов эволюции и развития важное значение имеет выяснение соотношения стабильности и нестабильности в процессах самоорганизации сложных систем. Н.Н. Моисеев считает познание диалектики этих противоположных по своей направленности тенденций ключом к разгадке сущности развития. Он указывает, что «по мере усложнения организации систем происходит одновременно ускорение процессов развития и понижение уровня их стабильности». Одно как бы порождает другое. В результате через нестабильность и бифуркации мы имеем новое качественное состояние системы.
Развитие можно представить как результат эволюции в самоорганизации материальных систем. Оно связано с необратимостью некоторых процессов во Вселенной, т.е. накоплением таких количественных и качественных изменений, которые временно как бы изымают часть вещества из кругооборота материи за счет включения его вдвое более сложные формы движения. Это происходит путем вплетения физических форм движения материи в другие формы, или в физические же формы движения на следующем структурном уровне самоорганизации материи (СУСМ).
Включение элементов вещества в более или менее устойчивые системы, а этих последних в другие системы более высокого порядка и т.д. является главным способом сохранения и воспроизводства определенных качественных состояний, приобретения нового качества, придания всему процессу характера необратимости (не в частных случаях, а в конечном итоге). Приращение качества достигается за счет системообразующих факторов. В этом смысле развитие выступает как направленный процесс количественных и качественных изменений в структуре материальных объектов, определяемых их последовательным включением в иерархию разнопорядковых систем и, в конечном итоге, в иерархию структурного уровня самоорганизации материи.
Между структурными уровнями самоорганизации материи, являющимися, прежде всего узловыми пунктами развития физических форм движения материи, находится последовательный ряд химических, геологических, биологических, общественных и других процессов, протекающих при определенных условиях. В то же время и каждый отдельный элемент структурного уровня самоорганизации материи (скажем, планета или звезда) являются результатом развития физических, химических, а в некоторых случаях и других (на нашей планете всего известного науке ряда) процессов на предыдущем уровне (СУСМ). Эти процесса находятся в постоянном взаимодействии и при определенных обстоятельствах могут переходить друг в друга. Причем, процессы на последующих уровнях оказывают влияние на характер протекания процессов предыдущих.
Развитие материи в целом можно представить в виде медленного, но неуклонного подъема по бесконечной лестнице, где каждая ступенька, повторяя общую конфигурацию предыдущей (по фрактальному принципу) в гораздо больших масштабах по всем основным измерениям, является очередным этапом развития материального мира, которому соответствует определенный структурный уровень самоорганизации материи. Если исходить из такого понимания общей эволюции материального мира, то в каждый данный момент бесконечность имеет реальный смысл, лишь в сторону прошлого, следовательно, в сторону объектов все более мелкого масштаба (вниз по вертикали СУСМ). В противоположном направлении (вверх по вертикали) бесконечность должна существовать только в виде возможности бесконечного развития. Развитие материальных систем в пространственных масштабах тесно связано с временными масштабами и с общей направленностью вектора времени, с так называемой "стрелой времени", что предполагает определенную последовательность событий. В данном случае имеется в виду последовательность структурного уровня самоорганизации материи, каждый из которых представляет собой новообразование в сравнении с предыдущим. Соотношение структурных уровней во временном аспекте следует рассматривать не только в качестве ступеней развития, но и как взаимосвязь между поколениями СУСМ. Образно говоря, структурный уровень самоорганизации-1 предстает с точки зрения макрообразований как бы "дедушкой", а в качестве непосредственного "родителя" выступает структурный уровень самоорганизации материи-2. В связи с этим возникает ряд проблемных вопросов: Сколько поколений структурного уровня самоорганизации может существовать одновременно? Возможно ли на каком-то этапе элиминирование ранее возникших и уже исчерпавших себя уровней? В каких же тогда состояния» - пребывает материя, вещество и т.д. на этих уровнях? Конкретных ответов на такие и им подобные вопросы пока никто дать не может. Это дело будущего. Поэтому на данном этапе мы вынуждены ограничиться постановкой проблемы и рассуждениями на уровне гипотез.
Подводя итог рассуждениям об уровнях самоорганизации материи, о структуре физической картины мира, мы должны определиться с ключевыми понятиями и уточнить соотношение между ними. Прежде всего, понятие «непрерывность прерывности", которое раскрывает соотношение конечного и бесконечного. Современная наука признает, что это соотношение не одномерно, а многомерно. Его следует трактовать также и как бесконечную иерархию структурного уровня самоорганизации, где каждая из основополагающих категорий материи (пространство, время, масса, движение, энергия и др.) бесконечна (непрерывна), но в тоже время в рамках одного уровня самоорганизации (СУСМ) она конечна (прерывна). Поэтому понятие бесконечности в его наиболее общем виде (как философской категории) может быть использовано адекватно только при характеристике основных атрибутов материи, при этом линия разграничения между конечным и бесконечным не может быть однозначно и жестко привязана к соотношению количества и качества.
Тем не менее, бесконечность - это понятие, отражающее преимущественно количественное (метрическое) свойство материального мира в целом. Актуализация бесконечности возможна при выделении двух главных направлений проявления ее сущности: а) горизонтальное (пространственное) - в рамках одного структурного уровня самоорганизации материи; б) вертикальное (масштабное) в плане иерархической бесконечности структурах уровней самоорганизации материи. При таком подходе понятие "безграничность" будет выступать как частный случай метрической бесконечности, а "неисчерпаемость" - как понятие, отражающее бесконечное многообразие качественных состояний материи. Такая вертикально-горизонтальная и количественно-качественная развертка содержания категории "непрерывность прерывности" использовалась при уяснении физической картины мира и понимании сущности развития как методологический принцип.
Его суть состоит в том, что каждый структурный уровень самоорганизации материи рассматривается как открытая нелинейная система, которая непрерывно обменивается веществом, энергией и информацией с другими уровнями. Основным полем для такого обмена является межуровневый интервал, где за счет "вертикального" взаимодействия накапливаются неравновесные состояния вещества и неустойчивость составляющих его диссипативных структур. Это порождает состояние того самого хаоса, в котором различные флуктуации создают условия для возникновения порядка, ведущего к новой иерархии самоорганизующихся систем.
Необходимо, однако, учитывать, что неравновесное состояние система (в данном случае имеется в виду структурного уровня самоорганизации материи и возникающие при этом флуктуации неизбежно подводят ее к точке бифуркации, когда система может идти двумя путями: а) за счет нарастания тенденций к дезорганизации (энтропии) начнет распадаться; б) вследствие устойчивого усиления кооперативных процессов войдет в режим самоорганизации. В первом случае поток распадающегося вещества пойдет вниз по вертикали к нижележащему структурному уровню самоорганизации материи. Во втором случае он будет идти вверх по вертикали, и подниматься к вышележащему уровню самоорганизации. Развитие как раз и предполагает нарушение равновесия между этими двумя постоянными и бесконечными тенденциями в пользу второй. Сам факт одновременного существования в природе нескольких структурных уровней самоорганизации материи (СУСМ-1, СУСМ-2, СУСМ-3, СУСМ-4) является неопровержимым доказательством устойчивого преобладания восходящих потоков над нисходящими, следовательно, реальности поступательного развития, реальности преобладания прогресса над регрессом.
2. Синергетика и самоорганизация
2.1 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.
Итак, исходя из существующих традиций, опираясь на основополагающий замысел Г. Хакена и ранее приведенную мною формулировку, можно предложить следующее определение:
СИНЕРГЕТИКА — (от греч. synergetikos — совместный, согласованно действующий) — научное направление, изучающее процессы образования и массовых (коллективных) взаимодействий объектов (элементов, подсистем): (1) происходящие в открытых системах в неравновесных условиях; (2) сопровождающиеся интенсивным обменом веществом и энергией подсистем с системой и системы с окружающей средой; (3) характеризуемые самопроизвольностью (отсутствием жесткой детерминации извне) поведения объектов (подсистем), сочетающейся с их взаимосодействием и (4) имеющие результатом упорядочение, самоорганизацию, уменьшение энтропии, также эволюцию систем.
Расширенная формулировка, включающая «нефизическое» содержание:
Представляется целесообразным отклонится от стремления к определению именно синергетики и констатировать то, чем реально занимаются специалисты в связи с исследованиями по синергетике. В связи с этим предлагается следующее определение:
Синергетическая концепция 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).