Синергетика и современное видение мира
Что касается современного видения мира, то интересно отметить, что космология теперь рассматривает все мироздание как беспорядочную среду, в которой выкристаллизовывается порядок.
Новейшие исследования показали, что на каждый миллиард тепловых фотонов, пребывающих в беспорядке, приходится, по крайней мере, одна элементарная частица, способная стимулировать в данном множестве фотонов переход к упорядоченной структуре. Так, порядок и беспорядок сосуществуют как два аспекта единого целого и дают нам различное видение мира.
В настоящее время широкое распространение получили представления о становлении порядка через хаос, о бифуркационных изменениях, неустойчивости как фундаментальной характеристики эволюционных процессов. Понятие «нестабильность» стало играть огромную роль в контексте синергетического мировоззрения.
Понятие нестабильности позволило ввести в поле зрения естествознания человеческую деятельность, дав, таким образом, возможность более полно включать человека в природу.
Введение нестабильности в картину современного мироздания стало возможным благодаря сочетанию ряда научных экспериментальных и теоретических открытий:
- 1. Открытие неравновесных структур, которые возникают как результат необратимых процессов и в которых системные связи устанавливаются сами собой.
- 2. Вытекающая из открытия неравновесных структур идея конструктивной роли времени.
- 3. Появление новых идей относительно динамических, нестабильных систем.
- 4. Открытия в области элементарных частиц, продемонстрировавшие фундаментальную нестабильность материи.
- 5. Космологические открытия, констатирующие, что мироздание имеет историю.
Все вышеперечисленное приводит к тому, что наше восприятие становится двойственным, дуалистическим и стержневым моментом в таком восприятии становится представление о неравновесности, открывшей возможности для возникновения уникальных событий, так как спектр возможных способов существования объектов в этом случае значительно расширяется.
Лишь в неравновесной системе могут иметь место уникальные события и флуктуации, способствующие этим событиям, а также происходит расширение масштабов системы, ее чувствительности к внешнему миру и, наконец, возникает историческая перспектива, т.е. возможность появления других, более совершенных форм организации.
Окружающая нас среда, климат, экология, наша нервная система могут быть лучше поняты в свете описанных представлений, учитывающих как стабильность, так и нестабильность. Однако признание нестабильности не означает, что окружающий нас мир не поддается научному изучению. Оно является как бы приглашением к новым теоретическим и экспериментальным исследованиям, принимающим в расчет специфический характер этого мира.
Человечество не может полностью контролировать окружающий мир нестабильных объектов и феноменов, как не может полностью контролировать и социальные процессы.
Однако в этом мире, основанном на нестабильности и созидательности, человечество опять становится в центре законов мироздания. Многовариантное видение мира, положенное в основание науки, раскрывает перед человечеством возможность выбора, означающего определенную этическую ответственность.
Все вышеперечисленные моменты являются частью теории самоорганизации — синергетики, рассмотрением которой и заканчивается этот раздел.
Применительно к проблемам мировидения, нестабильности, можно сформулировать следующие положения синергетики:
- 1. Становится очевидным, что сложноорганизованным системам нельзя навязывать пути развития. Скорее необходимо понять, как способствовать их собственным тенденциям развития и выводить системы на эти пути. Важно в наиболее общем плане понять законы совместной жизни природы и человечества, их коэволюции (совместной эволюции). Проблема управлявмого развития приобретает форму проблемы самоуправляемого развития.
- 2. Синергетика демонстрирует нам, каким образом и почему хаос может выступать в качестве созидающего начала, конструктивного механизма эволюции, как из хаоса собственными силами может развиваться новая организация. В соответствующие моменты — моменты неустойчивости — малые возмущения (флуктуации) могут разрастаться в макроструктуры. Из этого следует, как уже отмечалось, что действия отдельного человека не бесплодны, они не всегда полностью растворены, нивелированы в социальном развитии общества. В особых состояниях неустойчивости социальной среды действия каждого отдельного человека могут влиять на макросоциальные процессы. Отсюда вытекает необходимость осознания каждым человеком того огромного труда ответственности за судьбу всей социальной системы, всего общества.
- 3. Для сложных систем, как правило, существует несколько альтернативных путей развития. Неединственность эволюционного пути, отсутствие жесткой предопределенности сужают основу для пессимистических настроений. Хотя путей эволюции (целей развития) много, в точках разветвления, называемых точками бифуркации, на определенных стадиях эволюции проявляется некая предопределенность развертывания процессов. Настоящее системы определяется не только прошлым, ее историей, но и строится, формируется из будущего в соответствии с грядущим порядком. Что же касается человека, то именно явные, осознанные и скрытые, подсознательные установки определяют его поведение сегодня.
- 4. Синергетика открывает новые принципы суперпозиции (см. ТЕМУ 8.2), принципы сборки сложного эволюционного целого из частей, принципы построения сложных развивающихся структур из простых. Объединение структур не сводится к их простому сложению: имеет место перекрытие областей локализации структур с дефектом энергии. Целое уже не равно сумме частей, но оно не больше и не меньше суммы частей: оно качественно иное (см. ТЕМУ 5.5.2). Проявляется и новый принцип согласования частей в целом: происходит установление общего темпа развития входящих в целое частей (например, сосуществование структур разного возраста в одном темпомире).
- 5. Синергетика дает знания о том, как надлежащим образом оперировать и эффективно управлять сложными системами. Оказывается, главное — не сила, а правильная топографическая конфигурация, архитектура воздействия на сложную систему или среду. Малые, но правильно организованные — резонансные — воздействия на сложные системы чрезвычайно эффективны.
- 6. Синергетика раскрывает закономерности и условия протекания быстрых лавинных процессов и процессов нелинейного, самостимулирующего роста. Важно понять, как можно стимулировать такого рода процессы в открытых нелинейных средах, например, в среде экономической, и какие существуют требования, позволяющие избежать вероятностного распада сложных структур вблизи моментов максимального развития.
Предмет синергетики
Синергетика (от греч. synergetikos – совместный, согласованно действующий) – направление в науке, связанное с изучением закономерностей пространственно-временного упорядочения в разнообразных системах.
Термин «синергетика», введённый немецким физиком Г. Хакеном (Н. Haken) в начале 1970-х гг., отражает тот факт, что процессы упорядочения в макроскопической системе возникают благодаря взаимодействию большого числа элементарных подсистем. Возникновение синергетики как самостоятельного направления связано с тем, что поведение разнообразных физических, химических, биологических и др. систем описывается сходными математическими моделями и для таких систем характерны одни и те же явления самоорганизации.
Это позволяет широко использовать результаты исследования одних объектов при анализе других.
Г. Хакен: «Синергетика занимается изучением систем, состоящих из множества подсистем самой различной природы, таких как электроны, атомы, молекулы, клетки, нейроны, механические элементы, фотоны, органы, животные и даже люди.
Основной вопрос синергетики – вопрос о том, существуют ли общие принципы, управляющие возникновением самоорганизующихся структур и (или) функций (самоорганизующиеся системы обретают присущие им структуры или функции без какого бы то ни было вмешательства извне).
Когда я дал на этот вопрос утвердительный ответ … и предложил рассматривать проблемы самоорганизации в рамках междисциплинарного направления, названного мною «синергетикой», многим ученым это могло показаться абсурдным.
Почему системы, состоящие из столь различных по своей природе компонентов, как электроны, атомы, молекулы, клетки, животные и даже люди, должны, когда они самоорганизуются подчиняться одними и тем же принципам …?
Но время принесло множество подтверждений тому, что самые разнообразные явления самоорганизации подчиняются одним и тем же принципам…»
Выдающийся вклад в становление и развитие синергетики внес Илья Пригожин – бельгийский физико-химик, выходец из России (диссипативные системы и диссипативные структуры).
Основные понятия синергетики: диссипативная структура (пространственно упорядоченное состояние системы, обычно с симметрией, более низкой, чем симметрия исходного состояния), волна переключения (бегущий фронт фазового перехода), ведущий центр (локализованный автогенератор бегущих импульсов), вращающаяся спиральная структура, называемая в синергетике ревербератором, и др.
Эти понятия позволяют в универсальных наглядных образах объяснять особенности поведения конкретных систем.
Наряду с термином «синергетика» для обозначения данного направления широко употребляются такие названия, как нелинейная неравновесная термодинамика, теория самоорганизации, теория автоволн, подчеркивающие выбор объекта или метода исследования.
Наряду с проблемой самоорганизации синергетика рассматривает также и вопросы «самодезорганизации» — возникновения хаоса (сложного поведения) в динамических системах.
Как правило, исследуемые системы являются диссипативными открытыми системами.
Примером самоорганизации в гидродинамике служит образование в подогреваемой жидкости (начиная с некоторых градиентов температуры) шестиугольных ячеек Бенара или возникновение тороидальных вихрей (вихрей Тейлора) между вращающимися цилиндрами.
Пример вынужденной организации — синхронизация мод в многомодовом лазере с помощью внешнего периодического воздействия.
Модели синергетики — это модели нелинейных неравновесных систем, подвергающихся действию флуктуаций.
В момент перехода упорядоченная и неупорядоченная фазы отличаются друг от друга столь мало, что именно флуктуации переводят одну фазу в другую. Если в системе возможно несколько устойчивых состояний, то флуктуации отбирают лишь одно из них.
При анализе сложных систем, например в биологии или экологии, синергетика исследует простейшие основные модели, позволяющие понять и выделить наиболее существ.
механизмы «организации порядка» (избирательную неустойчивость, вероятностный отбор, конкуренцию или синхронизацию подсистем и др.).
Понятия и образы синергетики связаны, в первую очередь, с оценкой упорядоченности поведения. Это пространственная корреляция, параметр порядка, взаимная координация (синхронизация) подсистем, энтропия и др.
Методы синергетики в значительной степени перекрываются с методами колебаний и теории волн, термодинамики неравновесных процессов, теории фазовых переходов, статистической механики и др.
Для многих задач синергетики построение теории сводится к созданию и анализу вероятностной модели; здесь синергетика заимствует методы из математической теории стохастических процессов.
Что такое синергетика
Синергетика (от греч. synergetikos – совместный, согласованно действующий) – направление в науке, связанное с изучением закономерностей пространственно-временного упорядочения в разнообразных системах.
Термин «синергетика», введённый немецким физиком Г. Хакеном (Н. Haken) в начале 1970-х гг., отражает тот факт, что процессы упорядочения в макроскопической системе возникают благодаря взаимодействию большого числа элементарных подсистем. Возникновение синергетики как самостоятельного направления связано с тем, что поведение разнообразных физических, химических, биологических и др.
систем описывается сходными математическими моделями и для таких систем характерны одни и те же явления самоорганизации. Это позволяет широко использовать результаты исследования одних объектов при анализе других.
Г. Хакен: «Синергетика занимается изучением систем, состоящих из множества подсистем самой различной природы, таких как электроны, атомы, молекулы, клетки, нейроны, механические элементы, фотоны, органы, животные и даже люди.
Основной вопрос синергетики – вопрос о том, существуют ли общие принципы, управляющие возникновением самоорганизующихся структур и (или) функций (самоорганизующиеся системы обретают присущие им структуры или функции без какого бы то ни было вмешательства извне).
Когда я дал на этот вопрос утвердительный ответ … и предложил рассматривать проблемы самоорганизации в рамках междисциплинарного направления, названного мною «синергетикой», многим ученым это могло показаться абсурдным.
Почему системы, состоящие из столь различных по своей природе компонентов, как электроны, атомы, молекулы, клетки, животные и даже люди, должны, когда они самоорганизуются подчиняться одними и тем же принципам …?
Но время принесло множество подтверждений тому, что самые разнообразные явления самоорганизации подчиняются одним и тем же принципам…»
Выдающийся вклад в становление и развитие синергетики внес Илья Пригожин – бельгийский физико-химик, выходец из России (диссипативные системы и диссипативные структуры).
Основные понятия синергетики: диссипативная структура (пространственно упорядоченное состояние системы, обычно с симметрией, более низкой, чем симметрия исходного состояния), волна переключения (бегущий фронт фазового перехода), ведущий центр (локализованный автогенератор бегущих импульсов), вращающаяся спиральная структура, называемая в синергетике ревербератором, и др.
Эти понятия позволяют в универсальных наглядных образах объяснять особенности поведения конкретных систем.
Наряду с термином «синергетика» для обозначения данного направления широко употребляются такие названия, как нелинейная неравновесная термодинамика, теория самоорганизации, теория автоволн, подчеркивающие выбор объекта или метода исследования.
Наряду с проблемой самоорганизации синергетика рассматривает также и вопросы «самодезорганизации» — возникновения хаоса (сложного поведения) в динамических системах.
Как правило, исследуемые системы являются диссипативными открытыми системами.
Примером самоорганизации в гидродинамике служит образование в подогреваемой жидкости (начиная с некоторых градиентов температуры) шестиугольных ячеек Бенара или возникновение тороидальных вихрей (вихрей Тейлора) между вращающимися цилиндрами.
Пример вынужденной организации — синхронизация мод в многомодовом лазере с помощью внешнего периодического воздействия.
Модели синергетики — это модели нелинейных неравновесных систем, подвергающихся действию флуктуаций.
В момент перехода упорядоченная и неупорядоченная фазы отличаются друг от друга столь мало, что именно флуктуации переводят одну фазу в другую. Если в системе возможно несколько устойчивых состояний, то флуктуации отбирают лишь одно из них.
При анализе сложных систем, например в биологии или экологии, синергетика исследует простейшие основные модели, позволяющие понять и выделить наиболее существ. механизмы «организации порядка» (избирательную неустойчивость, вероятностный отбор, конкуренцию или синхронизацию подсистем и др.).
Понятия и образы синергетики связаны, в первую очередь, с оценкой упорядоченности поведения.
Это пространственная корреляция, параметр порядка, взаимная координация (синхронизация) подсистем, энтропия и др.
Методы синергетики в значительной степени перекрываются с методами колебаний и теории волн, термодинамики неравновесных процессов, теории фазовых переходов, статистической механики и др.
Для многих задач синергетики построение теории сводится к созданию и анализу вероятностной модели; здесь синергетика заимствует методы из математической теории стохастических процессов.
Синергетика как новое видение природы: основные идеи и принципы синергетики
Синергетика (от греч. synergeia – сотрудничество, содействие, соучастие), или теория сложных систем, – междисциплинарное направление науки, изучающее общие закономерности процессов самоорганизации в открытых нелинейных системах самой разной природы.
Представители: Г. Хакен, И. Пригожин, С. Курдюмов и др. Современная философия активно осваивает синергетику, применяя ее к анализу разных областей, в том числе общества.
Основные идеи (принципы) синергетики:
- – «носителем» развития являются сложные, открытые (взаимодействующие со средой), самоорганизующиеся системы;
- – эти системы подвержены внешним и внутренним колебаниям;
- – взаимодействие системы с внешним миром может привести к ее нестабильности и хаосу;
- – у хаоса двойственная природа: он то конструктивен, то разрушителен.
Высшая точка хаоса – точка бифуркации – может стать исходным пунктом нового порядка, началом новых структур;
- – точка бифуркации (англ. fork – вилка) показывает, что у системы есть несколько вариантов развития событий;
- – точка бифуркации выступает одновременно и в качестве точки максимальной чувствительности системы как ко внешним, так и ко внутренним импульсам (флуктуациям).
- В случае неравновесных процессов имеет место феномен так называемого «усиления флуктуации» или «разрастания малого». (Этот процесс иллюстрирует сформулированный Г. Николисом и И. Пригожиным тезис о том, что в принципе, полет мухи в Кембридже может привести к общему изменению климата в Индии);
- – небольшая флуктуация может послужить началом эволюции в совершенно новом направлении, которое резко изменит все поведение макроскопической системы;
- – рождение нового порядка из хаоса не вынуждается какой-то внешней силой, а имеет спонтанный характер.
Перед нами – случайные явления, аналогичные бросанию игральной кости. Вот почему синергетика является теорией самоорганизации (а не организации).
Синергетический подход сегодня становится все более перспективным и распространенным, потому что идея самоорганизации лежит в основе прогрессивной эволюции, которая характеризуется возникновением все более сложных и иерархически организованных систем; кроме того, она позволяет лучше учитывать воздействие социальной среды на развитие научного познания.