Синергетика

Природничі науки

План:

Введення

1. Синергетика по Хакеном

2. Почала синергетики

3. Відсутність стандарту термінів

4. Міждисциплінарність синергетики

5. Синергетика щодо динамічних систем
9

6. Самоорганізація в синергетики

7. Критика синергетики та синергетики

8. Синергетична концепція самоорганізації
14

Висновок

Література

Введення

В останні роки спостерігається стрімкий і бурхливий ріст інтересу доміждисциплінарного напряму, що отримав назву «синергетика».
Видаються солідні монографії, підручники, виходять сотні статей, проводятьсянаціональні та міжнародні конференції. Важко чи навіть неможливоназвати область знання, в якій сьогодні не проводилися б дослідженняпід рубрикою синергетики. Для публікацій на тему синергетики характерно те,що в них нерідко наводяться авторські трактування принципів синергетики,причому трактування досить різнорідні і не завжди достатньоаргументовані. Причиною цього є відсутність достатньоївизначеності щодо основоположень синергетики і виникаєзвідси необхідність уточнення статусу викладається,.

Мета цієї роботи - спробувати на доступному рівні розкрити істотаі поняття синергетики, як нового напряму сучасної наукової думки.
Дана робота, по суті, результат поєднання багатьох джерел,результат пошуку якоїсь золотої середини в описі синергетики якперспективний напрям сучасної наукової думки.

1. Синергетика по Хакеном

Творцем синергетичного напрямку і винахідником терміну
"синергетика" є професор Штутгартського університету і директор
Інституту теоретичної фізики і синергетики Герман Хакен. Сам термін
«Синергетика» походить від грецького «Синергія» - сприяння,співробітництво, «вместедействіе».

За Хакеном, синергетика займається вивченням систем, що складаються звеликого (дуже великого, «величезної») числа частин, компонент абопідсистем, одним словом, деталей, складним чином взаємодіючих міжсобою. Слово «синергетика» і означає «спільна дія», підкреслюючиузгодженість функціонування частин, що відбивається в поведінці системияк цілого. Очевидно, що методології різних областей знання настількирізні, що їх спільність може бути реалізована лише на концептуальномурівні. Підтвердженням того, що задум Г. Хакена був до певної міриневизначена і суб'єктивний, є свідчення деяких вчених, убесідах з якими Г. Хакен говорив, що називання запропонованого нимнаукового напряму «синергетикою» випадково і не принципово. Важко,однак, погодитися з думкою, що назва не принципово, і зполаганіем, що синергетику можна було б з чималим успіхом назвати
Х-наукою. У кінцевому рахунку починання Г. Хакена виявилося пліднимсаме завдяки природно що розуміється асоціації синергетики зсамоорганізацією.

2. Почала синергетики

Ч. Шеррінгтон називав синергетичним, або інтегративним,узгоджене вплив нервової системи (спинного мозку) при управліннім'язовими рухами (узгоджене дію згинальних і розгинальнихм'язів - протагоніста і антігоніста).

С. Улам був безпосереднім учасником одного з перших чисельнихекспериментів на ЕОМ першого покоління (ЕНІВАКе) і зрозумів всю важливість ікористь «синергії, тобто безперервного співпраці між машиною і їїоператором », що здійснюється в сучасних машинах за рахунок виведенняінформації на дисплей.

І. Забузький до середини 60-х років, реалістично оцінюючи обмеженіможливості як аналітичного, так і чисельного підходу до вирішеннянелінійних задач, прийшов до висновку про необхідність єдиного синтетичногопідходу. За його словами, «синергетичний підхід до нелінійних математичнимі фізичним завдань можна визначити як спільне використання звичайногоаналізу та чисельної машинної математики для здобуття рішень розумнопоставлених питань математичного та фізичного змісту системирівнянь ».

Всі вищенаведені початку обьеденяет той факт, що у всіх випадкахмова йде про узгодженість дій.

3. Відсутність стандарту термінів

Синергетика, що займається вивченням процесів самоорганізації івиникнення, підтримки, стійкості і розпаду структур самої різноїприроди, ще далека від завершення і єдиної загальноприйнятої термінології (у томучислі і єдиної назви усієї теорії) поки що не існує. Ряд авторитетнихавторів висловлюється про синергетики як про нової наукової парадигми. Наприкладв роботі говориться: «Гранично коротка характеристика синергетики якнової наукової парадигми включає в себе три основні ідеї: нелінійність,відкритість, дисипативної ». Більш загальною є наступна трактування:
«Синергетика є теорією еволюції і самоорганізації складних системсвіту, виступаючи в якості сучасної (постдарвіновской) парадигмиеволюції ».

вартим уваги представляється наступне визначення:

« Синергетика - (від грец. synergetikos - спільний, узгоджений,діючий), науковий напрямок, що вивчає зв'язки між елементамиструктури (підсистемами), які утворюються у відкритих системах
(біологічних, фізико-хімічних та інших) завдяки інтенсивному
(потокового) обміну речовиною та енергією з навколишнім середовищем унерівноважних умовах. У таких системах спостерігається узгодженеповедінка підсистем, в результаті чого зростає ступінь їївпорядкованості, тобто зменшується ентропія (самоорганізація). Основасинергетики - термодинаміка нерівноважних процесів, теорія випадковихпроцесів, теорія нелінійних коливань і хвиль ».

Бурхливі темпи розвитку нової галузі, не залишають часу науніфікацію понять і приведення у струнку систему всієї суми накопиченихфактів. Дослідження в новій галузі з огляду на її специфіки ведуться силами ізасобами багатьох сучасних наук, кожна з яких маєвластивими їй методами і що склалася термінологією. Паралелізм тарізнобій в термінології і системах основних понять значною міроюобумовлені також відмінністю в підході і поглядах окремих наукових шкіл інапрямків і в акцентуванні ними різних аспектів складного ірізноманітного процесу самоорганізації. Відсутність у синергетики єдиногозагальноприйнятого наукової мови глибоко символічно для науки, що займаєтьсяявищами розвитку та якісного перетворення.

Суворе визначення синергетики вимагає уточнення того, що слідвважати великим числом частин і які взаємодії підпадають підкатегорію складних. Вважається, що зараз строге визначення, навіть якщо бвоно було можливим, було б явно передчасним. Тому далі (як ів роботах самого Хакена та його послідовників) мова йтиме лише про опистого, що включає в себе поняття "синергетика", і її відміннихособливостей.

4. Міждисциплінарність синергетики

Системи, що становлять предмет вивчення синергетики, можуть бути самоюрізної природи і змістовно і спеціально вивчатися різниминауками, наприклад, фізикою, хімією, біологією, математикою,нейрофізіології, економікою, соціологією, лінгвістикою (перелік науклегко можна було б продовжити). Кожна з наук вивчає "свої" системисвоїми, тільки їй притаманними, методами і формулює результати на "своєму"мовою. При існуючій далеко зайшла диференціації науки це призводить дотому, що досягнення однієї науки найчастіше стають недоступними увагиі тим більше розуміння представників інших наук.

На відміну від традиційних галузей науки синергетику цікавлять загальнізакономірності еволюції (розвитку у часі) систем будь-якої природи.
Зречеться специфічної природи систем, синергетика знаходить здатністьописувати їх еволюцію інтернаціональною мовою, встановлюючи свого родуізоморфізм двох явищ, досліджуваних специфічними засобами двох різнихнаук, але які мають загальну модель, або, точніше, що приводяться до загальної моделі.
Виявлення єдності моделі дозволяє синергетики робити надбання однієїгалузі науки доступним розуміння представників зовсім інший, може,досить далекою від неї галузі науки і переносити результати однієї науки на,здавалося б, чужорідну грунт.

Слід особливо підкреслити, що синергетика аж ніяк не є однією зприкордонних наук типу фізичної хімії або математичної біології,що виникають на стику двох наук (наука, на чию предметну область відбуваєтьсявторгнення, у назві прикордонної науки представлена іменником;наука, чиїми засобами проводиться "вторгнення", представленаприкметником; наприклад, математична біологія займається вивченнямтрадиційних об'єктів біології математичними методами). За задумом своготворця професора Хакена, синергетика покликана грати роль свого родуметанаукою, помічає і ізучаюшей загальний характер тих закономірностей ізалежностей, що приватні науки вважали "своїми". Тому синергетикавиникає не на стику наук у більш-менш широкої чи вузької прикордонноїобласті, а отримує представляють для неї інтерес системи з самоїсерцевини предметної області приватних наук і досліджує ці системи, неапелюючи до їх природі, своїми специфічними засобами, що носять загальний
( "інтернаціональний") характер по відношенню до приватних наук. Фізик,біолог, хімік і математик бачать свій матеріал, і кожен з них, застосовуючиметоди своєї науки, збагачує загальний запас ідей та методів синергетики.

Як і будь-науковий напрямок, що народилося в другій половині ХХстоліття, синергетика виникла не на порожньому місці. Її можна розглядати якнаступницю і продовжувачка багатьох розділів точного природознавства, впершу чергу (але не тільки) теорії коливань і якісної теоріїдиференціальних рівнянь. Саме теорія коливань з її "інтернаціональниммовою ", а згодом і" нелінійним мисленням "(Л. І. Мандельштам) сталадля синергетики прототипом науки, що займається побудовою моделей системрізної природи, які обслуговують різні галузі науки. А якіснатеорія диференціальних рівнянь, початок якої було покладено в працях
Анрі Пуанкаре, і виросла з неї сучасна загальна теорія динамічнихсистем озброїла синергетику значною частиною математичного апарату.

5. Синергетика щодо динамічних систем

Будь-які об'єкти навколишнього свiту це системи, тобтосукупність складових їх елементів та зв'язків між ними.

Елементи будь-якої системи, у свою чергу, завжди володіють деякоюсамостійністю поведінки. При будь-якій формулюванні наукової проблемизавжди присутні певні припущення, які відсувають за дужкирозгляду якісь несуттєві параметри окремих елементів. Однакцей мікрорівень самостійності елементів системи існує завжди.
Оскільки руху елементів на цьому рівні зазвичай не становлять інтересудля дослідника, їх прийнято називати "флуктуаціями". У нашій повсякденнійжитті ми також концентруємося на значних, інформативних події, незвертаючи уваги на малі, непомітні і незначні процеси.

Малий рівень індивідуальних проявів окремих елементів дозволяєговорити про існування в системі деяких механізмів колективноговзаємодії - зворотних зв'язків. Коли колективне, системневзаємодія елементів приводить до того, що ті чи інші рухускладових придушуються, слід говорити про наявність негативних зворотнихзв'язків. Власне кажучи, саме негативні зворотні зв'язки і створюютьсистеми, як стійкі, консервативні, стабільні об'єднання елементів.
Саме негативні зворотні зв'язки, таким чином, створюють і навколишнійнас світ, як стійку систему стійких систем.

Стабільність і стійкість, проте, не є незмінними. Припевних зовнішніх умовах характер колективної взаємодіїелементів змінюється радикально. Домінуючу роль починають гратипозитивні зворотні зв'язки, які не пригнічують, а навпаки - посилюютьіндивідуальні руху складових. Флуктуації, малі руху,незначні перш процеси виходять на макрорівень. Це означає, кріміншого, виникнення нової структури, нового порядку, нової організації ввихідної системі.

Момент, коли вихідна система втрачає структурну стійкість іякісно перероджується, визначається системними законами, які оперуютьтакими системними величинами, як енергія, ентропія.

Особливу роль у світовому еволюційному процесі відіграє принцип мінімумудисипації енергії, тобто: якщо припустимо не єдине стан системи
(процесу), а ціла сукупність станів, згодних з законами збереженняі зв'язками, накладеними на систему (процес), то реалізується її стан,якому відповідає мінімальне розсіювання енергії, або, що те ж саме,мінімальне зростання ентропії. "Н. Н. Моїсеєв, академік РАН.

Необхідно зазначити, що принцип мінімуму дисипації (розсіювання)енергії, наведений вище у викладі академіка Мойсеєва, не визнається вяк універсальний природничо закону. Ілля Пригожин, вЗокрема, вказав на тип систем, що не підкоряються цим принципом. З іншогобоку, вживання терміну «принцип», а не «закон», залишаєможливість уточнення формулювань.

Моменти якісної зміни вихідної системи називаютьсябіфуркації стану і описуються відповідними розділами математики
- Теорія катастроф, нелінійні диференціальні рівняння і т.д. Колосистем, схильних до такого роду явищ, виявився настільки широкий, щодозволив говорити про катастрофи та біфуркації, як про універсальнівластивості матерії.

Таким чином, рух матерії взагалі можна розглядати, якчергування етапів адаптаційного розвитку та етапів катастрофногоповедінки. Адаптаційне розвиток на увазі зміну параметрівсистеми при збереженні незмінного порядку її організації. При змінізовнішніх умов параметрична адаптація дозволяє системі пристосуватисядо нових обмежень, що накладається середовищем.

Катастрофние етапи - це зміна самої структури вихідної системи,її переродження, виникнення нової якості. При цьому виявляється, щонова структура дозволяє системі перейти на нову термодинамічнутраєкторію розвитку, що відрізняється меншою швидкістю виробництваентропії, або меншими темпами дисипації енергії.

Виникнення нової якості, як уже зазначалося, відбувається напідставі посилення малих випадкових рухів елементів - флуктуацій. Це вЗокрема пояснює той факт, що в момент біфуркації стану системиможливо не одне, а безліч варіантів структурного перетворення іподальшого розвитку об'єкта. Таким чином, сама природа обмежує нашіможливості точного прогнозування розвитку, залишаючи, тим не менше,можливості важливих якісних висновків.

6. Самоорганізація в синергетики

У певної частини свого сенсу синергетика і такі поняття яксамоорганізація, саморозвиток і еволюція мають спільність, яка дозволяєвказати їх усі в якості результатів синергетичного процесу. Уособливості самоорганізація стійко асоціюються сьогодні з синергетикою.
Однак такі асоціації мають подвійне значення. З одного боку, ефектсамоорганізації є суттєвим, але, тим не менше, одним зкомпонентів, що характеризують синергетику, з іншого - саме цей компонентнадає виділений сенсу всьому поняття синергетики і, як правило, єнайбільш істотним і становлять найбільший інтерес.

Не тільки результати, а й умови, причини і рушійні силисамоорганізації мають альтернативи. У розгляді І.Р. Пригожинастосовно дисипативних структурам мова йде про когерентноїсамоорганізації, альтернативою для якої є континуальноїсамоорганізація індивідуальних мікросистем, розроблена і запропонована
А.П. Руденко. В показано, що теоретичне обгрунтування явищасамоорганізації нерівноважних відкритих систем, так само як і процесунерівноважного упорядкування, було дано І.Р. Пригожиним і А.П. Руденкопрактично в один час незалежно один від одного. Головним достоїнством
«Континуальної» самоорганізації, запропонованої А.П. Руденко, є те,що саме такий підхід дозволяє провести рассмот?? ение зв'язкусамоорганізації та саморозвитку. Відповідно до розвиненими поглядамисутність прогресивної еволюції полягає в саморозвитку континуальноїсамоорганізації індивідуальних об'єктів. Показується, що здатністю досаморозвитку і прогресивної еволюції з природним відбором володіютьтільки індивідуальні мікрооб'єктів з континуальної самоорганізацією і щосаме прогресивна хімічна еволюція здатна бути підставою длявиникнення життя.

7. Критика синергетики та синергетики

Хакена і його послідовників іноді звинувачують в честолюбних задумах,в умисному введенні легковірних в оману. Окрім іншогостверджується, ніби крім назви (у якого, як було зазначено вище,також були попередники), синергетика геть позбавлена елементівновизни.

Навіть якщо б новацією було тільки назва, поява синергетикибуло б виправдано. Запропоноване Хакеном виразне назву новогоміждисциплінарного напряму привертало до цього нового напрямкунабагато більше уваги, ніж будь-яке "правильне" і зрозуміле лише вузькомуколу фахівців, назва.

Вже немає потреби доводити корисність синергетичного підходу інеправильно наполягати на неодмінному використання назви "синергетика"усіма, чиї досягнення, поточні результати або методи прихильники синергетикисхильні вважати синергетичним. Явища самоорганізації, випромінюванняскладності, багатство режимів, що породжуються необов'язково складними системами,залишають простір для всіх бажаючих. Кожен може знайти свою робочумайданчик і спокійно працювати в міру бажання, сил і можливостей. Однакне можна не відзначити, що перенесення синергетичних методів з області точногоприродознавства в області, які традиційно вважалися безроздільними володіннямидалеких від математики гуманітаріїв, розкрили один з найбільш пліднихаспектів синергетики і суттєво поглибили її розуміння.

8. Синергетична концепція самоорганізації

1) Об'єктами дослідження є відкриті системи у нерівноважнихстані, що характеризуються інтенсивним (потоковим, множественно-дискретним)обміном речовиною і енергією між підсистемами і між системою з їїоточенням.

Конкретна система занурена в середовище, яке є також їїсубстратом.

2) Середа - сукупність складових її (середу) об'єктів, що знаходятьсяв динаміці. Взаємодія досліджуваних об'єктів в середовищі характеризується якблізкодействіе - контактна взаємодія. Середа об'єктів може бутиреалізована в фізичної, біологічної та іншої середовищі більш низькогорівня, яка характеризується як газо-подібна, однорідна або суцільна. (Вскладі системи реалізується дальнодействующіх - польове і опосередковане
(інформаційну взаємодію.)

3) Розрізняються процеси організації та самоорганізації Загальною ознакоюдля них є зростання порядку внаслідок протікання процесів,протилежних встановлення термодинамічної рівноваги незалежновзаємодіючих елементів середовища (також віддалення від хаосу за іншимикритеріям). Організація, на відміну від самоорганізації, можехарактеризуватися, наприклад, утворенням однорідних стабільних статичнихструктур.

4) Результатом самоорганізації стає виникнення,взаємодія, також взаімосодействіе (наприклад, кооперація) і, можливо,регенерація динамічних об'єктів (підсистем) більш складних уінформаційному сенсі, ніж елементи (об'єкти) середовища, з яких вонивиникають. Система і її складові є істотно динамічнимиутвореннями.

5) Спрямованість процесів самоорганізації зумовлена внутрішнімивластивостями об'єктів (підсистем) в їх індивідуальному і колективномупрояві, а також впливами з боку середовища, в яку «занурена»система.

6) Поведінка елементів (підсистем) і системи в цілому, істотнимчином характеризується спонтанністю - акти поведінки не є чіткодетермінованими.

7) Процеси самоорганізації відбуваються в середовищі поряд з іншимипроцесами, зокрема протилежної спрямованості, і можуть в окреміфази існування системи як переважати над останніми (прогрес), так іпоступатися їм (регрес). При цьому система в цілому може мати стійкутенденцію або зазнавати коливання до еволюції або деградації і розпаду.

Самоорганізація може мати в своїй основі процес перетворення аборозпаду структури, що виникла раніше в результаті процесу організації.

Наведене розгорнуте визначення є якщо і не цілкомдосконалим, то все-таки необхідним кроком на шляху конкретизаціїзмісту, що відноситься до синергетики, і вироблення критеріїв длястворення моделюючої самоорганізується середовища.

Про співвідношення синергетики і самоорганізації слід цілком виразносказати, що зміст, на яку вони поширюються, і закладені вних ідеї невідривно один від одного. Вони, однак, мають і відмінності. Томусинергетику як концепцію самоорганізації слід розглядати в значеннівзаємного звуження цих понять на області їх перетину.

Висновок

Синергетика з її статусом метанаукою спочатку була покликана зігратироль комунікатора, що дозволяє оцінити ступінь спільності результатів,моделей і методів окремих наук, їх корисність для інших наук і перевестидіалект конкретної науки на високу латинь міждисциплінарного спілкування.
Положення міждисциплінарного напряму зумовило ще одну важливуособливість синергетики - її відкритість, готовність до діалогу на правахбезпосереднього учасника або невибагливого посередника, який бачить своюзавдання у всесвітньому забезпечення взаєморозуміння між учасниками діалогу.
Діалогічність синергетики знаходить своє відображення і в характері запитуванняприроди: процес дослідження закономірностей навколишнього світу всинергетики перетворився (або знаходиться в стадії перетворення) з добуваннябезликої об'єктивної інформації в живий діалог дослідника з природою,за якого роль спостерігача стає відчутною, відчутної і зримою.

В даний час загальна методологія науки переживає період, якийпоєднує в собі риси еволюції і кризи. Сучасна наука, значнозміцнивши свою базу за минуле сторіччя, може дозволити собі більшеліберальний підхід до включення в сферу свого розгляду змісту, нещо має суворої об'єктивної основи. Позитивний сенс цієї діїполягає у включенні в полі уваги існуючих фактів і практик,реально потребують інтелектуальному аналізі. Однак з огляду на фактичноїнеготовність науки до дослідження цього змісту об'єктивними методами,процес супроводжується появою «нетрадиційних» і «некласичних» наук,симбіозів наукового та ненаукового знання та інших явищ, якіприродні самі по собі для людської пізнавальної діяльності, аледалекі від саме наукового знання. Важливо те, що при цьому відбуваєтьсянапрацювання підходів до малодослідженою, реально існуючого змісту.
Можна вказати, наприклад, на вкрай актуальну задачу об'єктивногодослідженні суб'єктивної реальності, на підступах до якої трудятьсяпсихологи, нейрофізіологи і розробники систем віртуальної реальності ікомп'ютерної анімації. Сама постановки задачі виглядає термінологічносуперечливою. Однак це реальна, вкрай важливе завдання, в основі рішенняякої лежить вивчення та осмислення процесів самоорганізації внейробіологічних, інформаційної та понятійної середовищах.

Загальні закономірності поведінки систем, що породжують складні режими,дозволяють розглядати на змістовному, а іноді й на кількісномурівні, такі питання, як рівень складності сприйняття навколишнього світуяк функції словникового запасу сприймає суб'єкта, роль хаотичнихрежимів, їх ієрархій і особливостей у формуванні сенсу, граматичнікатегорії як носії семантичного змісту, проблеми ностратичнихмовознавства (реконструкція прамови) як відновлення «фазового портрета»сімейства мов і виділення аттракторів, і багато іншого. Можнаприпустити, що у зв'язку з існуючими та майбутніми результатами вкінетичної хімії, нейробіології, транспьютерном нейрокомпьютінге і вінших областях сформується більш певний теоретичний іаксіоматичний базис синергетики, завдяки чому, зокрема, і критика вїї адреса стане більш конструктивною та продуктивною. Поза сумнівом, при всійте, що синергетика повноцінно «працює» сьогодні як категорія науковогознання.

Чи є синергетика міждисциплінарним підходом, абсолютно новою наукоюабо просто якимось філософським поглядом - це ще треба довести.
Однак, нові ідеї та несподівані підходи до відомих проблем становитьбезперечний інтерес до цієї галузі знання.

Література

1. Аршинов В.И.. Синергетика як феномен постнеоклассіческой науки, М. ІФ

РАН, 1999

2. Блинков А.В., Кисельов А.Н. Вирішення всіх проблем. Неординарне мислення і поведінку. Єкатеринбург: Баско, 1994

3. Малінецкій Г.Г. Синергетика. Король помер. Хай живе король!

Нечипоренко Ю. Куди не кинь - всюди Ян і Інь.

4. Данилов Ю.А., Кадомцев Б.Б. Що таке синергетика?// В кн. Нелінійні хвилі. Самоорганізація. М., Наука, 1983.

5. Великий енциклопедичний словник. М.: Радянська енциклопедія, 1991.

Інформація в Інтернет:

http://www.iph.ras.ru/ ~ mifs/Malin1r.htm

http://www.iph.ras.ru/ ~ mifs/Peakz.htm

http://www.iph.ras.ru/ ~ mifs/dan.htm