Реферат: Синергетика как новое научное направление
Следует особо подчеркнуть, что синергетика отнюдь не является одной из пограничных наук типа физической химии или математической биологии, возникающих на стыке двух наук (наука, в чью предметную область происходит вторжение, в названии пограничной науки представлена существительным; наука, чьими средствами производится «вторжение», представлена прилагательным; например, математическая биология занимается изучением традиционных объектов биологии математическими методами). По замыслу своего создателя профессора Хакена , синергетика призвана играть роль своего рода метанауки , подмечающей и изучающей общий характер тех закономерностей и зависимостей, которые частные науки считали «своими». Поэтому синергетика возникает не на стыке наук в более или менее широкой или узкой пограничной области, а извлекает представляющие для нее интерес системы из самой сердцевины предметной области частных наук и исследует эти системы, не апеллируя к их природе, своими специфическими средствами, носящими общий («интернациональный») характер по отношению к частным наукам. Физик, биолог, химик и математик видят свой материал, и каждый из них, применяя методы своей науки, обогащает общий запас идей и методов синергетики.
Как и всякое научное направление, родившееся во второй половине ХХ века, синергетика возникла не на пустом месте. Ее можно рассматривать как преемницу и продолжательницу многих разделов точного естествознания, в первую очередь (но не только) теории колебаний и качественной теории дифференциальных уравнений. Именно теория колебаний с ее «интернациональным языком», а впоследствии и «нелинейным мышление» (Л.И. Мандельштам) стала для синергетики прототипом науки, занимающейся построением моделей систем различной природы, обслуживающих различные области науки. А качественная теория дифференциальных уравнений, начало которой было положено в трудах Анри Пуанкаре, и выросшая из нее современная общая теория динамических систем вооружила синергетику значительной частью математического аппарата.
5. Синергетика относительно динамических систем
Любые объекты окружающего нас мира представляют собой системы, т.е. совокупность составляющих их элементов и связей между ними.
Элементы любой системы, в свою очередь, всегда обладают некоторой самостоятельностью поведения. При любой формулировке научной проблемы всегда присутствуют определенные допущения, которые отодвигают за скобки рассмотрения какие-то несущественные параметры отдельных элементов. Однако этот микроуровень самостоятельности элементов системы существует всегда. Поскольку движения элементов на этом уровне обычно не составляют интереса для исследователя, их принято называть «флуктуациями». В нашей обыденной жизни мы также концентрируемся на значительных, информативных событиях, не обращая внимания на малые, незаметные и незначительные процессы.
Малый уровень индивидуальных проявлений отдельных элементов позволяет говорить о существовании в системе некоторых механизмов коллективного взаимодействия – обратных связей. Когда коллективное, системное взаимодействие элементов приводит к тому, что те или иные движения составляющих подавляются, следует говорить о наличии отрицательных обратных связей. Собственно говоря, именно отрицательные обратные связи и создают системы, как устойчивые, консервативные, стабильные объединения элементов. Именно отрицательные обратные связи, таким образом, создают и окружающий нас мир, как устойчивую систему устойчивых систем.
Стабильность и устойчивость, однако, не являются неизменными. При определенных внешних условиях характер коллективного взаимодействия элементов изменяется радикально. Доминирующую роль начинают играть положительные обратные связи, которые не подавляют, а наоборот – усиливают индивидуальные движения составляющих. Флуктуации, малые движения, незначительные прежде процессы выходят на макроуровень . Это означает, кроме прочего, возникновение новой структуры, нового порядка, новой организации в исходной системе.
Момент, когда исходная система теряет структурную устойчивость и качественно перерождается, определяется системными законами, оперирующими такими системными величинами, как энергия, энтропия.
Особую роль в мировом эволюционном процессе играет принцип минимума диссипации энергии, т.е.: если допустимо не единственное состояние системы (процесса), а целая совокупность состояний, согласных с законами сохранения и связями, наложенными на систему (процесс), то реализуется ее состояние, которому отвечает минимальное рассеяние энергии, или, что то же самое, минимальный рост энтропии." Н.Н.Моисеев, академик РАН.
Необходимо отметить, что принцип минимума диссипации (рассеяния) энергии, приведенный выше в изложении академика Моисеева, не признается в качестве универсального естественнонаучного закона. Илья Пригожин , в частности, указал на тип систем, не подчиняющихся этому принципу. С другой стороны, употребление термина «принцип», а не «закон», оставляет возможность уточнения формулировок.
Моменты качественного изменения исходной системы называются бифуркациями состояния и описываются соответствующими разделами математики – теория катастроф, нелинейные дифференциальные уравнения и т.д. Круг систем, подверженных такого рода явлениям, оказался настолько широк, что позволил говорить о катастрофах и бифуркациях, как об универсальных свойствах материи.
Таким образом, движение материи вообще можно рассматривать, как чередование этапов адаптационного развития и этапов катастрофного поведения. Адаптационное развитие подразумевает изменение параметров системы при сохранении неизменного порядка ее организации. При изменении внешних условий параметрическая адаптация позволяет системе приспособиться к новым ограничениям, накладываемым средой.
Катастрофные этапы – это изменение самой структуры исходной системы, ее перерождение, возникновение нового качества. При этом оказывается, что новая структура позволяет системе перейти на новую термодинамическую траекторию развития, которая отличается меньшей скоростью производства энтропии, или меньшими темпами диссипации энергии.
Возникновение нового качества, как уже отмечалось, происходит на основании усиления малых случайных движений элементов – флуктуаций. Это в частности объясняет тот факт, что в момент бифуркации состояния системы возможно не одно, а множество вариантов структурного преобразования и дальнейшего развития объекта. Таким образом, сама природа ограничивает наши возможности точного прогнозирования развития, оставляя, тем не менее, возможности важных качественных заключений.
6. Самоорганизация в синергетике
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. 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. В показано, что теоретическое обоснование явления самоорганизации неравновесных открытых систем, равно как и процесса неравновесного упорядочения, было дано И.Р. Пригожиным и А.П. Руденко практически в одно время независимо друг от друга. 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.
7. Синергетический процесс с социальной точки зрения
Говоря о развитии систем в историческом плане, мы невольно смотрим на них с позиции Господа Бога. Ученые также, как правило, в качестве исследователей занимают позицию Всевышнего. И системы и их составляющие – всего лишь объекты рассмотрения. И с этой позиции выражение «системы меняют свои свойства так, чтобы…» имеет право на существование.
Однако не следует забывать, что изменение параметров технических, человеко-машинных, или социальных систем – это всегда работа конкретных людей: инженеров, менеджеров, технологов, администраторов, бизнесменов. История социальной системы – это ведь наша с вами жизнь, полная радости и страданий, свершений и трагедий. То, что исследователю или Всевышнему представляется скачком, быстрым переходом на новый уровень, бифуркацией состояния, для конкретных личностей может составлят целый этап жизни (если не всю ее).
Синергетический процесс самоорганизации материи это (с точки зрения Господа) бесконечное чередование этапов «спокойной» адаптации и «революционных» перерождений, выводящих системы на новые ступени совершенства.
Но в тоже время (спускаемся с небес на грешную землю!), синергетический процесс самоорганизации материи это бесконечное чередование этапов «спокойной» инженерной, управленческой, организационной работы, адаптирующей существующие объекты к изменениям среды, и неординарных идей, новаторских решений, изобретений и «революционных» реорганизаций, выводящих системы на совершенно новые ступени совершенства. Именно на этих этапах человек, нашедший неординарное решение, практически реализует бифуркацию состояния конкретной системы. Что такое «адаптационный этап» с нашей земной точки зрения? С точки зрения, так сказать, элементика, находящегося внутри системы. Просто мы все время занимаемся оптимизацией: инженер «шлифует» конструкцию изделия, управляющий добивается лучшей работы коллектива, бизнесмен - повышения рентабельности фирмы. Что означает «катастрофный этап»? Это означает, что наступает наш звездный час: инженер изобретает новую конструкцию, управленец проводит коренную реорганизацию, бизнесмен открывает новое дело. Очевидно, что такие решения составляют наиболее эффективную форму человеческой деятельности. Умение, во-первых, в любой ситуации увидеть суть дела, во-вторых, вовремя заметить проблему, то есть не пропустить момент, когда обстоятельства требуют ломки привычных представлений, и, в-третьих, найти одно или несколько красивых решений, отличает людей, добивающихся успеха в любом деле. Бифуркация состояния социальных и человекомашинных систем таким образом есть не только объективный факт, но и продукт мыслительной деятельности конкретных личностей. Итак, история любой системы есть чередование эволюционных этапов, когда специалисты могут применять полученные ими знания, и этапов бифуркационного развития, когда находится человек, способный к неординарному мышлению, новаторству, изобретательству. И если законы синергетического развития универсальны, то можно предположить, что в основе неординарных творческих способностей гениальных личностей лежат как раз эти законы.
8. Методологические проблемы синергетики
Трудно или даже невозможно назвать область знания, в которой сегодня не проводились бы исследования под рубрикой синергетики. Для публикаций на тему синергетики характерно то, что в них нередко приводятся авторские трактовки принципов синергетики, причем трактовки довольно разнородные и не всегда достаточно аргументированные. Причиной этого является отсутствие достаточной определенности относительно основных положений синергетики и возникающей отсюда необходимости уточнения статуса излагаемого материала. В настоящей работе предпринимается попытка оценить существующую ситуацию и сделать посильный шаг в направлении развития методологии синергетической концепции и построения в дальнейшем на ее основе определенной технологии. Мы говорим о концепции и технологии. Почему не о теории? Дело в том, что если понимать под теорией ''систему идей в области знания, форму научного знания, дающую целостное представление о закономерностях и существенных связях действительности'', то о построении такой теории в отношении синергетики можно говорить, и она в определенной мере существует и сегодня. Однако областью явлений, из которых возникло современное понимание синергетики, является физика, теоретическая физика квантовых явлений. Именно это проис