Понятие и предмет синергетики

Введение

 

Как мы все знаем, естествознание состоит из многих наук. Каждая из естественнонаучных дисциплин - физика, химия, геология, биология и другие - изучает определенный вид бытия. Подобно видам бытия, науки находятся между собой в некоторых соотношениях.

В начале XX века был сделан целый ряд открытий, в корне изменивших видение мира современным естествознанием. Теория относительности А. Эйнштейна, опыты Резерфорда с альфа-частицами, работы Нильса Бора, исследования в химии, биологии, психологии и других науках показали, что мир гораздо разнообразнее, сложнее, чем это представлялось механистической науке, и что сознание человека изначально включено в само наше восприятие действительности.

Нобелевский лауреат Илья Пригожин положил начало новому принципу осмысления действительности. В свете этого принципа, признающего за Вселенной первичную динамическую неопределенность, оказалось возможным выработать новое понимание эволюции. Одна и та же энергия, одни и те же принципы обеспечивают эволюцию на всех уровнях: от физико-химических процессов до человеческого сознания и социально-культурной информации. Вселенная оказывается единой во всех своих пластах, живой, развивающейся, восходящей на новые ступени бытия.

Природа - растительный и животный мир - постоянно поражает нас разнообразием своих форм и изяществом их структур: начиная с тех, которые мы встречаем в природе, и заканчивая теми, что присущи разумной жизни; мы настолько привыкли к ним, что зачастую уже не осознаем, каким чудом является само их существование. А как зарождаются эти структуры, ведь их самозарождение противоречит всем физическим принципам. Однако синергетика, как новая парадигма, переворачивает наше сознание того, что и в мире неживой природы новые упорядоченные структуры могут возникать из неупорядоченного хаоса и сохраняться неизменными при наличии постоянного притока энергии.

В каждом процессе становления структуры принимает участие великое множество отдельных элементов, которые неизбежно вступают во взаимодействие друг с другом, образовывая комплексные системы. Эти системы подчинены правилам - правилам поведения отдельных составляющих элементов - неким шаблонам поведения. А для синергетики интерес представляют не отдельные эти правила, а общие законы, по которым формируются структуры, состоящие из сложных процессов.

Термин "синергетика" ввел немецкий ученый Герман Хакен, впервые озвучен термин докладом "Кооперативные явления в сильно неравновесных и нефизических системах" в 1973 году. В переводе он буквально означает "теория совместного действия" или как многие называют "наука о самоорганизации". Под самоорганизациейпри этом понимается спонтанный переход открытой неравновесной системы от менее к более сложным и упорядоченным формам организации.

Синергетика это новый этап изучения сложных систем, продолжающий и дополняющий кибернетику и общую теория систем.

Если кибернетика занимается проблемой поддержания устойчивости путем использования отрицательной обратной связи, а общая теория систем - принципами их организации (дискретностью, иерархичностью и т.п.), то новая наука фокусирует свое внимание на неравновесности, нестабильности как естественном состоянии открытых нелинейных систем, на множественности и неоднозначности путей их эволюции. Синергетика исследует типы поведения таких систем, то есть нестационарные структуры, которые возникают в них под действием внешних воздействий или из-за внутренних факторов (флуктуаций).

Синергетика в значительной мере опирается на идеи, методы и принципы нелинейной термодинамики неравновесных процессов, на достижения, полученные при решении задач нелинейной теории колебаний в радиотехнических системах.

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. Математический аппарат синергетики скомбинирован из разных отраслей теоретической физики: нелинейной неравновесной термодинамики, теории катастроф, теории групп, тензорного анализа, дифференциальной топологии, неравновесной статистической физики.

В данной работе я постараюсь раскрыть и осмыслить само существо и понятие синергетики - нового направления современной научной мысли, а также определить некоторые теории, понятие, системы и объекты синергетики.

По замыслу своего создателя профессора Германа 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 ко взятым за основу наукам. Физик, биолог, математик, экономист, психолог и т.д. видят свой материал, и каждый из них, применяя методы своей науки, обогащает общий запас идей и методов синергетики.

Понятие и предмет синергетики

 

Как я обозначила выше, что термин "синергетика" введен Г. Хакеном для обозначения междисциплинарного направления, в котором, как он и предполагал, результаты его исследований по теории лазеров и неравновесным фазовым переходам смогли дать идейную основу для плодотворного взаимному сотрудничества исследователей из различных областей знания. Синергетика Г. Хакена в нестрогом смысле базируется на ранее выдвинутых теориях, например: Чарлз Скотт Шеррингтон (1857-1952), называвший синергетическим согласованное действие нервной системы при управлении мышечными движениями; Станислав Улам (1909-1984), говоривший о синергии, в форме непрерывного сотрудничества между компьютером и оператором и др. Однако притом, что имеется неформальная связь явлений, названных "синергетика", по существу содержания предшественники Г. Хакена говорили лишь о частных примерах.

Автором самого термина является Ричард Бакминстер Фуллер (1895-1983) - известный дизайнер, архитектор и изобретатель из США. В течение своей жизни Р.Б. Фуллер задавался вопросом относительно того, есть ли у человечества шанс на долгосрочное и успешное выживание на планете Земля и, если да, то каким образом. Считая себя заурядным индивидом без особых денежных средств или учёной степени, он решил посвятить свою жизнь этому вопросу, пытаясь выяснить, что личности вроде него могут сделать для улучшения положения человечества из того, что большие организации, правительства или частные предприятия не могут выполнить в силу своей природы. На протяжении этого эксперимента всей жизни он написал двадцать восемь книг, выработав такие термины как "космический корабль “Земля”", "эфемеризация" и "синергетика".

Практически изначально (от Г. Хакена) синергетика нашла содержание для себя и привнесла новые идеи: в теорию лазеров и термодинамику неравновесных процессов, и теорию нелинейных колебаний и автоволновых процессов; в теорию бифуркации и теорию структурной устойчивости; в теорию катастроф. Претерпело развитие понятия хаоса, вошел в обиход термин "детерминированный хаос", имеющий конкретный физико-математический смысл. Значительно расширилась область применения синергетики в связи с развитием теории фракталов. [1] В русле синергетики нашли интерпретацию и свое решение задачи из областей физики, кинетической химии, биологии, геологии, материаловедения, экономики и др. Следует отметить распространение самим Г. Хакеном идей синергетики на биологические явления: переходы между паттернами (шаблоны, модели, принципы) в биологии и возможности исследования биологической эволюции как процесса самоорганизации в сложной системе. В контексте синергетики проводятся сегодня социальные и гуманитарные исследования.

С мировоззренческой точки зрения синергетику иногда преподносят, как "глобальный эволюционизм" или "универсальную теорию эволюции", дающую единую основу для описания механизмов возникновения любых новаций подобно тому, как некогда кибернетика определялась, как "универсальная теория управления", одинаково пригодная для описания любых операций регулирования и оптимизации: в природе, в технике, в обществе и т.д. и т.п. Однако время показало, что всеобщий кибернетический подход оправдал далеко не все возлагавшиеся на него надежды.

Есть несколько определений синергетики, например:

Синергетика (греч. synergeia - сотрудничество, содружество) - научная теория о самоорганизации в природе и обществе как открытых системах. [2]

Синергетика это междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации систем (состоящих из подсистем). "…Наука, занимающаяся изучением процессов самоорганизации и возникновения, поддержания, устойчивости и распада структур самой различной природы…"[3]

Профессор Г.Н. Дульнев[4] приводит несколько вариантов определений этого нового научного направления:

синергетика - наука о самоорганизации физических, биологических и социальных систем;

синергетика - наука о коллективном, когерентном поведении систем различной природы;

синергетика - наука о неустойчивых состояниях, предшествующих катастрофе, и их дальнейшем развитии (теория катастроф);

синергетика - наука об универсальных законах эволюции в природе и обществе.

Наука, если захочет избежать необходимости всякий раз для объяснения сути вещей обращаться за помощью к сверхъестественным силам и актам творения, изначально должна объяснить природу самозарождения и развития структур - иными словами, суть процессов самоорганизации.

Область исследований синергетики четко не определена и вряд ли может быть ограничена, так как ее интересы распространяются на все отрасли естествознания, общим признаком является рассмотрение динамики любых необратимых процессов и возникновения принципиальных новаций.

 

Самоорганизация

 

Главной заслугой синергетики считается открытие ею процессов самоорганизации и кооперации в природе - это шаг вперед в познании мира. И хотя авторы синергетики вначале подметили явления самоорганизации только для отдельных физических и химических процессов, но в дальнейшем синергетика была распространена практически везде. При этом все первоначальные выводы автоматически были перенесены на новые области. В результате, вся наша жизнь стала неустойчивой, а основным фактором ее эволюции стала случайность. Вместе с тем анализ показывает, что самоорганизация - это не кооперация под воздействием случайных факторов в состоянии неустойчивости, а процессы, причины которых заложены в природе. Эти процессы происходят на всех уровнях иерархии Вселенной и обеспечиваются всеми действующими в ней законами и силами.

Самоорганизация проявляется на уровне живой клетки, тканей, образованных из клеток, на уровне органов, систем органов, выполняющих определенные функции организма, и, наконец, всего организма в целом. Не только одного организма, но и всей популяции в целом.

В качестве примера можно привести регулирование численности популяции у животных. При чрезмерном увеличении популяции наблюдается ослабление особей из-за нехватки пищи, появления болезней, хищников и других факторов, которые регулируют численность, доводя ее до оптимального размера. То же можно сказать и в отношении к человечеству. В последние десятилетия получили распространение гомосексуализм и наркомания, которые ведут к вырождению человечества. И тут же появляется СПИД, жертвами которого становятся в первую очередь эти люди.

Рассмотренные выше примеры показывают, что хотя такие регулирующие факторы, как, например, вирусы новых болезней и др., проявляются материально, но сами они являются проявлениями Высших законов, которые нельзя вывести из законов существования материи.

В неживой природе мы также видим принципы самоорганизации на всех уровнях. На микроуровнях это проявляется в законах, по которым существуют элементарные частицы, атомы и молекулы, по которым они взаимодействуют и создают сложные структуры материи. Химические реакции - это процессы самоорганизации на атомно-молекулярном уровне. На макроуровнях самоорганизация проявляется в законах возникновения, развития и взаимодействия планет, звезд, галактик и других космических образований. И, наконец, самый высший уровень самоорганизации - это совокупность всех законов и сил, обеспечивающих эволюцию.

Наука призвана не просто собирать фактический материал, но и стремиться создать целостную картину мира, целостное мировоззрение. Химик Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907) впервые упорядочил многообразие существующих в природе веществ, создав периодическую систему химических элементов. В современной атомной физике периодическая система Менделеева может считаться воплощением основного закона строения атомов. В биологии, в соответствии с открытыми им законами, происходит передача от поколения к поколению наследственных признаков при скрещивании, к примеру, растений с различной окраской цветков или при выведении новой породы собак. Уже в наше время были обнаружены химические механизмы такой передачи, происходящей благодаря гигантским молекулам дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

Таким образом, человечество неустанно ищет и находит все новые и новые законы, единые для всех происходящих в природе процессов. В то время как явления самого разнообразного свойства усилиями ученых сводятся, наконец, воедино как проявления неких законов природы, исследователи обнаруживают совершенно новые факты, касающиеся еще более сложных явлений, и порой наука оказывается близка к полному погребению под лавиной добываемых учеными сведений. Отсюда - бесконечная гонка, борьба между потоком новых фактов и стремлением ученых эти факты систематизировать, понять и соотнести с действием единых законов мироздания.

Самоорганизация - это основной закон природы, это - механизм управления процессами, происходящими на всех уровнях, направленный на возникновение и поддержание процессов, связанных с образованием новых более высокоорганизованных форм и структур, предусмотренных эволюцией, и подавлением процессов, которые находятся в стороне от эволюции, противодействуют ей. Все эти силы и законы, механизмы управления, заложенные в природе, не имеют смысла, если изначально развитие всей Вселенной случайно, не имеет Высшей Цели и обеспечивающей ее Программы.

О соотношении синергетики и самоорганизации вполне определено, что содержание, на которое они распространяются, и заложенные в них идеи неотрывны друг от друга. Они же имеют и различия. Поэтому синергетику как концепцию самоорганизации следует рассматривать в смысле взаимного сужения этих понятий на области их пересечения. Эффект самоорганизации является существенным, но, тем не менее, одним из компонентов, характеризующих синергетику, и именно этот компонент придает выделенный смысл всему понятию синергетики и, как правило, является наиболее существенным и представляющим наибольший интерес.

 

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: