Реферат: Идеи синергетики и их применение в естественных и социальных науках
Нелинейность является фундаментальной характеристикой открытой системы и предполагает непрерывность выбора альтернатив ее развития.
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 нижележащие уровни (в более простые формы) или вывод их за пределы системы. Диссипация означает, таким образом, переструктурирование чужого в свое и рассеивание лишнего.
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.
Понятием "бифуркация" обозначается состояние системы, находящейся перед выбором возможных вариантов функционирования или путей эволюции (развилка дорог).
Понятие "аттрактор" (от латинского — притягивать) означает некоторую совокупность условий, при которых выбор путей эволюции разных систем происходит по сходящимся траекториям и в конечном итоге как бы притягивается к одной точке.
Важное значение для синергетического миропонимания имеет понятие фрактальности (самоподобия). Фракталами обозначают явления масштабной инвариантности, когда последующие формы самоорганизации материальных и социальных систем напоминают по своему строению предыдущие.
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. Синергетика, пользуясь данным методом, дает объяснение, почему на тех или иных этапах эволюционного развития повторяются определенные структуры (например, вихревые), раскрывает их роль в процессах самоорганизации в нелинейных системах различных масштабов. История человеческого общества также дает немало поводов для размышлений на фрактальные темы.
Формируя свой категориальный аппарат, синергетика выявляет 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 с 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 цивилизации. По ряду важных аспектов познания следует ожидать радикальных перемен в мировоззренческих установках, в объяснении загадок природы. Американский научный журнал "Дисковер" в 1992 г. опубликовал перечень десяти, по его мнению, важнейших вопросов, на которые наука пока не смогла дать ответа. Перечень вопросов выглядит следующим образом: 1. Каковы размеры Вселенной? 2. Как появилась жизнь? 3. Одиноки ли мы во Вселенной? 4. Как велико может быть население Земли? 5. Сможем ли мы побороть болезни? 6. Откуда произошел человек? 7. Что такое сознание? 8. Что управляет климатом? 9. Как одна клетка превращается в целый организм? 10. Все зависит от случая?
Можно ли ответить на эти вопросы, опираясь на теорию самоорганизации и нелинейного мышления, соответствующую методологию познания? Ответ должен быть положительным, поскольку использование синергетической парадигмы и методов познания вплотную подводит науку к раскрытию этих и других тайн природы, позволяет совершить прорыв к истине. Это становится возможным и потому, что, как утверждает Е.Н. Князева, синергетика располагает достаточным арсеналом средств и методов, направленных на исследование универсальных механизмов самоорганизации сложных систем, как природных, так и человекомерных, в том числе когнитивных. Синергетическая парадигма обеспечивает многообразие подходов в поиске истины в процессе дальнейшего развертывания познавательной деятельности человека.
Процессы самоорганизации следуют определённым правилам, законам. К числу таких законов относятся, прежде всего, законы сохранения и 2-е начало термодинамики (да и другие законы тоже). Таким образом, среди мыслимо допустимых процессов в неживой природе существуют (наблюдаемы или доступны наблюдению) лишь определённые классы движений, подчиняющиеся определённым правилам. Подобные же правила существуют в природе и обществе. Вот эти правила и называют принципами отбора. Иными словами, принципы отбора - это те же самые законы физики, химии, биологии, законы общественного развития, которые из мыслимо допустимых движений "отбирают" те, которые мы и наблюдаем.
Законы синергетики обеспечивают гармоничность и согласованность существования мира косного и мира живого.
1. Всякая целостность существующая в настоящем, содержит в себе прошлое и элементы будущего;
2. Любая целостность представлена в виде пространства (физического, газового, информационного и пр.), существует во времени, имеет свой способ локализации, консервации.
3. Любая целостность состоит из элементов, знаков, которые через свои признаки, значения связаны между собой и с другими целостностями, сохраняя свое качество или смысл.
4. Любая целостность может быть достигнута в бессознательном и сознательном понимании через выделение дискретных фактов, знаний, связанных между собой через различные формы взаимодействия, ассоциации, которые реализуются через умения и закрепляются в устойчивых связях и навыках.
5. Целостность памяти любого живого существа образуется взаимодействием трех видов памяти: знаковой, зрительной памятью, ассоциативной и смысловой или инстинктивной памятью.
Общий смысл комплекса синергетических идей заключается в следующем:
1. Процессы разрушения и созидания, деградации и эволюции во Вселенной имеют объективный характер.
2. Процессы созидания (нарастания сложности и упорядоченности) имеют единый алгоритм, независимо от природы систем, в которых они осуществляются.
Главная идея синергетики – это идея о принципиальной возможности спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Решающим фактором самоорганизации является образование петли положительной обратной связи системы и среды. При этом система начинает самоорганизовываться и противостоит тенденции её разрушения средой. Становление самоорганизации во многом определяется характером взаимодействия случайных и необходимых факторов системы и её среды. Синергетика убедительно доказывает, то даже в неорганической природе существуют классы систем, способных к самоорганизации.
Система самоорганизуется не гладко и просто, не неизбежно. Самоорганизация переживает и переломные моменты – точки бифуркации.
В переломный момент самоорганизации принципиально неизвестно, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдёт на новый, более высокий уровень упорядоченности и организации.
Переход от Хаоса к Порядку вполне поддаётся математическому моделированию. И более того, в природе существует не так уж много универсальных моделей такого перехода. Качественные переходы в самых различных сферах деятельности подчиняются подчас одному и тому же математическому сценарию.
В различных открытых системах: физической, химической, биологической, экологической и другой природы, находящихся вдали от термодинамического равновесия, за счёт притока вещества и энергии из внешней среды создаётся неравновесность. Именно благодаря этому процессу и происходит взаимодействие элементов и подсистем, приводящее к их согласованному поведению, что в результате приводит к образованию новых устойчивых структур, то есть к самоорганизации.
Такое организованное поведение обуславливается внешними воздействиями или результатом развития собственной неустойчивости в системе.
Рассмотрим на примере путь эволюции системы от исходного состояния через хаос к состоянию новой организации. В открытой нелинейной системе не существует ограничений, то есть вещество, и энергия из окружающей среды могут поступать в неё произвольно, что в свою очередь может привести к тому, что система может выйти из состояния равновесия и стать неравновесной. По мере того, как будет увеличиваться приток вещества и энергии система с ускорением всё дальше уходит от состояния равновесия, становясь всё более неравновесной и нерегулируемой. Состояние такой системы всё более расшатывается до полного её разрушения, до того, как процесс станет хаотичным. Это так называемый первый процесс эволюции системы, приведший от порядка к хаосу. Дальнейшее развитие неравновесного процесса имеет не один путь движения, таких путей множество. Траекторию развития процесса предугадать невозможно, это всегда случайный процесс. Как только выбран путь развития процесса, он начинает подчиняться необходимости. На данном этапе необходимость предопределяет, каким финалом завершится нелинейный процесс. Это так называемое начало второй части эволюции нелинейного процесса. На данной стадии развития мы можем убедиться, что в отличие от первого этапа, при поступлении в систему свежей энергии в хаотичном порядке начнёт зарождаться новая организация. Когда величина этой энергии достигает критического значения, то система внезапно переходит из состояния хаоса в новое устойчивое состояние.
Синергетика убедительно показывает, что даже в неорганической природе существуют классы систем, способных к самоорганизации. История развития природы – это история образования всё более и более сложных нелинейных систем. Такие системы и обеспечивают всеобщую эволюцию природы на всех уровнях её организации – от низших и простейших к высшим и сложнейшим (человек, общество, культура).
СОЦИАЛЬНАЯ СИНЕРГЕТИКА