Синергетика как универсальная научная парадигма

Размещено на http://www.allbest.ru/

Синергетика как универсальная научная парадигма

Аннотация

Работа знакомит с основными законами и принципами синергетики, в частности рассматриваются такие понятия, как: открытость, нелинейность и диссипативность систем, флуктуация, бифуркация, аттракторы (в том числе - странные) и пр. В данной работе синергетика рассматривается как универсальная научная парадигма, изучается явление самоорганизации, как живого вещества, так и сложных неравновесных систем, а также даётся общая синергетическая картина мира.

Содержание

Введение

Синергетика как универсальная научная парадигма

1. Характеристики самоорганизующихся систем

1.1 Открытость как термодинамическая характеристика

1.2 Пороговый характер процессов при нелинейности системы

1.3 Диссипативность как протекание микропроцессов

2. Системная модель мира

3. Самоорганизация и эволюция сложных неравновесных систем

4. Основы теории самоорганизации систем

4.1 Параметры сложных систем

4.2 Бифуркации, как точки возможных качественных перестроек

4.3 Странные аттракторы-аттракторы, не являющиеся регулярными

4.4 Бифуркационный характер эволюции системы

5. Синергетическая картина мира

5.1 Идеи синергетической картины мира

5.2 Уровни самоорганизации материи

6. Самоорганизация и эволюция живого вещества

7. Синергетический стиль мышления в экономике

Заключение

Ключевые понятия

Список литературы

Введение

Синергетика (от греч. ухн -- «совместное» и греч. есгпт -- «действие») - направление междисциплинарных исследований, объект которых - процессы самоорганизации в открытых (свободно обменивающихся энергией с миром) системах (от физических до социальных). Особое внимание уделяется точкам бифуркаций, переломным моментам, ветвящим возможное будущее от гибели до нового, более богатого состояния (порядок из хаоса). Синергетика - детище учёных (И. Пригожин, Г. Хакен). По Пригожину, синергетика приходит на смену господствующим взглядам, идущим от Ньютона, приучившего видеть мир через образ маятника, находящегося в нижнем положении, гарантирующего устойчивость, стабильность мира и познания. На самом же деле, образ мира - маятник в верхнем положении, и никто не может знать, что с этим маятником-миром будет дальше. Популярность синергетики обуславливают непосредственная опора на науку, отражение многих значимых событий, указание на возможную катастрофичность будущего, удобность и достаточная глубина ее основных понятий (открытая/закрытая система, хаос, самоорганизация, порядок, бифуркация, флуктуация).

1. Характеристики самоорганизующихся систем

Итак, предметом синергетики являются сложные самоорганизующиеся системы. Один из основоположников синергетики Г. Хакен определяет понятие самоорганизующейся системы следующим образом: «Мы называем систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную и функциональную структуру. Под специфическим внешним воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру и функционирование. В случае же самоорганизующихся систем испытывается извне неспецифическое воздействие. Например, жидкость, подогреваемая снизу, совершенно равномерно обретает в результате самоорганизации макроструктуру, образуя шестиугольные ячейки».(1) Таким образом, современное естествознание ищет пути теоретического моделирования самых сложных систем, которые присуще природе,- систем, способных к самоорганизации, саморазвитию.

Основные свойства самоорганизующихся систем, по мнению Г. Хакена являются:

«1) исследуемые системы состоят из нескольких или многих одинаковых или разнообразных частей, которые находятся во взаимодействии друг с другом;

2) системы являются нелинейными;

3) речь идет об открытых системах, далеких от теплового равновесия;

4) системы нестабильны;

5) в них происходят качественные изменения;

6) в этих системах обнаруживаются эмерджентные (т.е. вновь возникшие) новые качества;

7) системы подвержены внешним и внутренним колебаниям;

8) возникают пространственные, временные, пространственно-временные или функциональные структуры;

9) структуры могут быть упорядоченными или хаотичными;

10) во многих случаях возможна математизация»(2)

Рассмотрим основные из этих свойств: открытость, линейность и диссипативность.

1.1 Открытость как термодинамическая характеристика

Объект изучения классической термодинамики - закрытые системы, т.е. системы, которые не обмениваются со средой веществом, энергией и информацией. Напомним, что центральным понятием термодинамики является понятие энтропии. Оно относится к закрытым системам, находящимся в тепловом равновесии, которое можно охарактеризовать температурой. Именно по отношению к закрытым системам были сформулированы два начала термодинамики. В соответствии с первым началом, в закрытой системе энергия сохраняется, хотя и может приобретать различные формы.

Второе начало термодинамики гласит, что в замкнутой системе энтропия не может убывать, а лишь возрастает до тех пор, пока не достигнет максимума. Согласно второму началу термодинамики, запас энергии во Вселенной иссякает, а вся Вселенная приближается к «тепловой смерти».

Со временем способность Вселенной поддерживать организованные структуры ослабевает, и такие структуры распадаются на менее организованные, которые в большей мере наделены случайными элементами.

Вместе с тем, уже во второй половине XIX в. и особенно в XX в. биология, прежде всего теория эволюции Дарвина, убедительно показала, что эволюция Вселенной не приводит к понижению уровня организации и обеднению разнообразия форм материи. Скорее, наоборот. «История и эволюция Вселенной развивают ее в противоположном направлении - от простого к сложному, от низших форм организации к высшим, от менее организованного к более организованному».(3) Иначе говоря, старея, Вселенная обретает все более сложную организацию. Попытки согласовать второе начало термодинамики с выводами биологических и социальных наук долгое время были безуспешными. Классическая термодинамика не могла описывать закономерности открытых систем. И только с переходом естествознания к изучению открытых систем появилась такая возможность.

Открытые системы - это такие системы, которые поддерживаются в определенном состоянии за счет непрерывного потока извне вещества, энергии и информации. Постоянный приток вещества, энергии или информации является необходимым условием существования неравновесных состояний в противоположность замкнутым системам, неизбежно стремящимся (в соответствии со вторым началом термодинамики) к однородному неравновесному состоянию.

В открытых системах ключевую роль - наряду с закономерным и необходимым могут играть случайные факторы, флуктуационные процессы.

1.2 Пороговый характер процессов при нелинейности системы

Нелинейные системы - системы, свойства которых зависят от происходящих в них процессов. Колебания таких систем описываются нелинейными уравнениями. Одна из наиболее характерных особенностей нелинейных систем -- нарушение в них принципа суперпозиции: результат каждого из воздействий в присутствии другого оказывается не таким, каким он был бы, если бы другое воздействие отсутствовало.

Большинство систем Вселенной носит открытый характер, это значит, что во Вселенной доминирует не стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновесность. Неравновесные системы имеют способность воспринимать различия во внешней среде и «учитывать» их в своем функционировании. Так, некоторые более слабые воздействия могут оказывать большее влияние на эволюцию системы, чем воздействия, хотя и более сильные, но не адекватные собственным тенденциям системы.

Процессы, происходящие в нелинейных системах, часто носят пороговый характер - при плавном изменении внешних условий поведение системы меняется скачком. Другими словами, в состояниях, далеких от равновесия, очень слабые возмущения могут усиливаться до гигантских волн, разрушающих сложившуюся структуру и способствующих ее радикальному качественному изменению.

Между системой и средой могут иногда создаваться отношения обратной положительной связи, т.е. система влияет на свою среду таким образом, что в среде вырабатываются некоторые условия, которые в свою очередь обуславливают изменения в самой этой системе (например, в ходе химической реакции или какого-то другого процесса вырабатывается фермент, присутствие которого стимулирует производство его самого).

1.3 Диссипативность как протекание микропроцессов

Диссипативность - явление, когда энергия, поставляемая локально в определенные места системы, может распространяться по всей системе, то есть делокализоваться.

Неравновесное протекание множества микропроцессов приобретает некоторую интегративную результирующую на макроуровне, которая качественно отличается от того, что происходит с каждым отдельным ее микроэлементом. Благодаря диссипативности в неравновесных системах могут спонтанно возникать новые типы структур, совершаться переходы от хаоса и беспорядка к порядку и организации, возникать новые динамические состояния материи.

Диссипативность проявляется в различных формах: в способности «забывать» детали некоторых внешних воздействий; в «естественном отборе» среди множества микропроцессов, разрушающем то, что не отвечает общей тенденции развития; в когерентности (согласованности) микропроцессов, устанавливающей их некий общий темп развития, и т.д.

2. Системная модель мира

«С точки зрения системного подхода Мироздание - это грандиозная суперсистема, состоящая из множества иерархически взаимосвязанных подсистем разной природы и разного уровня сложности (космические, физические, химические, геологические, биологические, психологические, политические, экономические и т.д.), находящихся в разного рода отношениях и связях друг с другом и образующих определенную целостность». (4)

Выстроенная таким образом модель окружающего мира отражает его дискретность. На ней представлен мир как некий статичный срез, структура, в которой «все связано со всем». Однако окружающий нас мир непрерывен, находится в постоянном изменении и развитии. «Его можно представить как вселенский процесс самоорганизации материи, как последовательную смену состояний, направленный поток изменений, в котором созидание (усложнение, поступательное развитие, устойчивость) и разрушение (деградация, неустойчивость) периодически повторяются и взаимодействуют друг с другом».(5) Характер их взаимодействия определяется множеством случайных факторов. Благодаря этому, с одной стороны существует то великое множество окружающего мира, которое мы наблюдаем вокруг себя, проявляется его неповторимость и неоднозначность, а с другой - сохраняется родство всего сущего, наблюдается определенная направленность процессов. «Мир представляется как открытая динамичная система, в которой «все взаимодействует со всем, все проявляется во всем», и самоорганизацией, которой управляют фундаментальные законы природы: закон минимума потенциальной энергии, как определяющий условие устойчивости; законы сохранения (массы-энергии, энтропии-информации и т.д.)».(6)

3. Самоорганизация и эволюция сложных неравновесных систем

Случайность и случайные флуктуации параметров системы играют особую роль в ее функционировании. «Нужно отличать два типа случайностей. Первый тип дает начало направленной эволюции системы и имеет созидающий характер, второй - порождает неопределенность, неоднозначность, разрушает и отсекает все лишнее». (7)

В результате их действия в системе возникают неустойчивости, которые могут служить толчком для возникновения из хаоса зародышей новых структур, которые при благоприятных условиях будут переходить во все более упорядоченные и устойчивые. Их спонтанное (самопроизвольное) образование происходит за счет внутренней перестройки системы и синхронного (одновременного) кооперативного взаимодействия ее элементов. Это явление и получило название самоорганизации. Самоупорядочивание системы связано с уменьшением ее энтропии.

Идеи самоорганизации высказывались еще в традиционной классической науке XVIII-XIX веков (космогоническая гипотеза Канта-Лапласа, рыночная экономическая теория Смита и т.д.). Но лишь во второй половине ХХ века, когда был накоплен достаточный теоретический и практический опыт, разработан необходимый математический аппарат (теория вероятностей, нелинейная динамика, теория катастроф, системный анализ, топология и т.д.) стало возможным детальное исследование поведения открытых систем, находящихся вдали от термодинамического равновесия, описание общих механизмов и закономерностей их развития. Основы теории самоорганизации были разработаны в трудах химиков, получивших мировой признание - И. Пригожина, Д. Николиса, Г. Хакена в семидесятых годах ХХ столетия.

Термин «синергетика», ставший с названием общенаучного направления, которое изучает общие принципы самоорганизации и эволюции сложных систем разного уровня и разной природы, особенности процесса смены их качественных состояний на пути развития, в научный обиход ввел Г. Хакен. Основные законы и принципы синергетики были установлены на основе наблюдения процессов самоорганизации и эволюции сложных систем и, прежде всего, установление закономерностей протекания физико-химических процессов. Сегодня это трансдисциплинарная научная теория, идеи которой, зародившись в химии и физике, с успехом используются в экологии, биологии, геологии, экономике, политике, медицине и т.д.

«В основе синергетической парадигмы лежит утверждение о фундаментальной роли случайных флуктуаций в развитии мира, при этом случайность и неопределенность выступают неотъемлемое свойство не только микромира, но и всего Мироздания, включая самого человека с его непредсказуемыми эмоциями и невероятным разнообразием вариантов поведения в идентичных условиях».(6) Понятие хаоса в синергетике отлично от классического представления беспорядка. Хаос, связанный со случайным отклонением отдельных параметров системы от некоторого среднего значения, имеет активное начало. В подходящих условиях даже малая флуктуация одного из параметров может привести к новому структурированию всей системы, то есть к новому порядку, к новому ее качеству.

Описывая процесс самоорганизации, Г. Хакен отмечает, что возникающая из хаоса упорядоченная структура является результатом конкуренции множества виртуальных состояний, заложенных в системе. В результате конкуренции происходит самопроизвольный выбор той структуры, которая наиболее адаптивна к сложившимся на данный момент к внешним и внутренним условиям.

Случайность и неопределенность - это фундаментальное свойство материи обуславливает изменчивость окружающего мира. «Наследственность означает зависимость настоящего и будущего от прошлого. Степень этой зависимости определяется «памятью» системы, которая в пределе может принимать значения от нуля (хаотические образования, лишенные памяти) до бесконечности (жестко детерминированные системы)».(8) Но реальные системы имеют некоторый «коридор» памяти; ширина которого зависит от уровня организации. Изменчивость создает возможность реализации множества возможных вариантов развития системы. Однако наследственность ограничивает их число. Из множества допустимых вариантов «отбираются» те, которые не противоречат фундаментальным законам природы, в результате отбора «выживают» наиболее целесообразные и устойчивые в сложившихся условиях структуры.

Медленное количественное накопление несущественных изменений происходит до определенного предела, за которым наблюдается кардинальное изменение состояния системы, которое осуществляется практически мгновенно, скачком. Система временно оказывается в неустойчивом состоянии, «теряет память», и характер ее последующего развития определяется только теми случайными факторами, которые в этот момент действуют на систему. Для выхода из него у системы есть две возможности: деградация, разрушение, инволюция либо самоорганизация, усложнение, эволюция. Весь процесс развития системы можно представить как череду сменяющих друг друга медленных и скачкообразных изменений.

Становление идей синергетики связано с формированием нового миропонимания. Это представление стало основой сближения традиционной европейской мысли о структурных уровнях организации материи с идеями древней восточной философии о глобальной взаимосвязи всего сущего, о взаимодействии потенциального и реального. Это попытка сближения традиционного естественнонаучного мышления с гуманитарным.

4. Основы теории самоорганизации систем

4.1 Параметры сложных систем

Состояние системы зависит от ее параметров и множества внутренних и внешних факторов. Например, для нахождения возможных вариантов колебаний физического маятника нужно знать всего два параметра - координату и скорость. Их значение в любой момент времени будет определяться свойствами самого маятника (длина его подвеса, масса и т.д.) и внешними условиями, в которых происходят колебания (трение, ускорение и т.д.)

Для описания развития более сложных систем необходимо знать большее число параметров. Например, для описания социальной системы необходимо знать выраженные в единой количественной шкале показатели состояния экономики и технологий, уровень здоровья и образования населения, рождаемость и смертность, наличие природных ресурсов и их качество и т.д. Фазовое пространство такой системы многомерно, его метрика определяется числом выделенных параметров. Плоскость, в которой они располагаются, называется фазовым пространством, а эллипсы этих параметров - фазовыми траекториями.

В результате обмена ресурсами с другими системами, а также случайных флуктуаций с течением времени параметры системы изменяются, происходит последовательная смена состояний. Точка, соответствующая состоянию системы, перемещается внутри фазового пространства вдоль фазовой траектории, вид которой зависит от интенсивности процессов обмена, свойств системы и характера изменения ее внутреннего состояния.

«Чтобы представить фазовую траекторию в аналитическом виде, необходимо знать взаимосвязь между параметрами».(8) В случае открытых систем, далеких от равновесия, независимо от их природы, эта взаимосвязь может быть выражена через совокупность нелинейных, т.е. содержащих переменные степени, уравнений.

В общем случае решение таких уравнений графически может быть представлено семейством фазовых траекторий.

4.2 Бифуркации как точки возможных качественных перестроек

Точки их пересечения, если таковые есть, носят названия точек бифуркации - точек «выбора» дальнейшего пути развития. Точки бифуркации - особые точки - точки равновесия, которое может быть как устойчивым, так и неустойчивым. С позиций синергетики интерес представляют именно неустойчивые состояния. Их появление означает потенциальную возможность перехода системы в новое качественное состояние, новый режим, которому будет отвечать новый тип ее поведения. Эти состояния, их характер и параметры зависят от граничных условий, задаваемых свойствами среды, в которой находятся исследуемые системы.

В таких состояниях чрезвычайно важны случайные флуктуации. От их величины, направления и времени воздействия зависит, по какой из возможных траекторий система будет выходить из состояния неустойчивости. Большинство возникающих флуктуаций рассеивается. Однако при определенных (пороговых) условиях они могут усиливаться за счет случайных (или целенаправленных) внешних воздействий, которые, действуя в резонанс, как бы «подталкивают» систему к выбору траектории развития. Таким методом часто пользуются для управления социальными, экономическими, педагогическими, экологическими, технологическими и другими системами.

«В точках бифуркации перед самоорганизующейся системой открывается множество вариантов путей развития».(9) Одновременно возникает множество диссипативных динамических микроструктур - прообразов будущих состояний системы - фракталов. Но, как правило, большинство из них оказываются невыгодными с точки зрения фундаментальных законов природы, и либо разрушаются полностью, либо остаются как отдельные остатки прошлого, с которыми мы не редко сталкиваемся не только в мире природы, но и в жизни общества, языке и культуре народов. В точке бифуркации происходит своеобразная конкуренция фрактальных образований, в результате «выживает» то, которое является наиболее приспособленным к внешним условиям.

При благоприятных условиях такой фрактал «разрастается» и перерождается в новую макроструктуру. В результате этого система переходит в новое качественное состояние. «Выбрав» его, она продолжает поступательное движение до следующей точки бифуркации.

диссипативность самоорганизация синергетический неравновесный

4.3 Странные аттракторы - аттракторы, не являющиеся регулярными

Аттрактор - множество точек в фазовом пространстве динамической системы, к которым стремятся траектории системы. Если траектория прошла достаточно близко к аттрактору, то со временем она уже не покинет окрестность аттрактора и даже будет подходить к нему всё ближе и ближе, то есть будет наблюдаться эффект притяжения к аттрактору.

Простейшим случаем аттрактора является точка. Аттракторами могут быть кривые, гладкие подмногообразия, а также произвольные сложные подмножества точек фазового пространства, в том числе фрактальные множества. В последнем случае аттракторы называются странными аттракторами, они активно изучаются в теории динамических систем.

Аттракторы бывают регулярными и нерегулярными. Регулярными аттракторами принято считать:

устойчивые (асимптотически устойчивые) особые точки;

устойчивые (орбитально асимптотически устойчивые) предельные циклы;

устойчивые инвариантные торы.

Аттрактор-точка возникает в диссипативных динамических системах (грубо говоря, в системах, где присутствует трение). Точки фазового пространства, соответствующие нулевому значению скорости и локальному минимуму потенциальной энергии, являются устойчивыми точками притяжения траекторий.

В динамических системах возможна ситуация, когда малое отклонение от траектории-цикла приводит к траектории, которая со временем сколь угодно мало отклоняется от траектории-цикла. Такие циклы называются предельными циклами или асимптотически устойчивыми циклами.

Известно, что дифференциальные уравнения на плоскости могут иметь только регулярные аттракторы первых двух типов (особые точки и предельные циклы). Дифференциальные уравнения в многомерных фазовых пространствах (начиная с трёхмерных) могут иметь странные аттракторы, не являющиеся объединением или пересечением гладких многообразий.

Странный аттрактор -- это аттрактор, не являющийся регулярным. Среди странных аттракторов часто встречаются хаотические аттракторы, в которых прогнозирование траектории, попавшей в аттрактор, затруднено, поскольку малая неточность в начальных данных через некоторое время может привести к сильному расхождению прогноза с реальной траекторией. Непредсказуемость траектории в детерминированных динамических системах называют динамическим хаосом, отличая его от стохастического хаоса, возникающего в стохастических динамических системах. Это явление также называют эффектом бабочки, подразумевая возможность преобразования слабых турбулентных потоков воздуха, вызванных взмахом крыльев бабочки в одной точке планеты в мощное торнадо на другой её стороне вследствие многократного их усиления в атмосфере за некоторое время.

Важным свойством аттрактора является его инвариантность относительно оператора эволюции динамической системы. Это свойство заключается в том, что если динамическая система стартует с состояния, лежащего в аттракторе, то все её дальнейшие состояния также будут лежать в аттракторе.

4.4 Бифуркационный характер эволюции системы

«Поведение системы в этом состоянии подобно блужданию по лабиринту со множеством тупиков». (10) ««Выбор» пути развития осуществляется методом проб и ошибок до тех пор, пока она не «находит» вариант, оптимальный с точки зрения фундаментальных законов природы».(11) Здесь чрезвычайно важную роль играют кооперативные (совместные) процессы, основывающиеся на когерентном (согласованном) взаимодействии элементов зарождающейся фрактальной структуры.

В среде, находящейся в особом состоянии, этот самопроизвольный процесс усложнения и совершенствования системы периодически повторяется и может продолжаться бесконечно долго, при этом отмирают старые элементы и рвутся старые связи, тормозящие ее развитие и совершенствование; в результате адаптации к новым внешним условиям зарождаются и укореняются новые элементы и новые связи, происходит переструктуризация системы, появляются новые функции. Это новое сохраняются следы былых состояний и структур, что и обуславливает их генетическое родство.

Флуктуации возникают хаотично, их огромное количество, но большинство из них затухает, как бы отсекаются все лишние вихревые потоки, остаются только те, которые образовывают новые устойчивые макросостояния - аттракторы. Аттрактор как бы притягивает к себе множество траекторий системы, определяемых разными начальными значениями параметров. «Если неустойчивая микроструктура попадает в конус аттрактора, то она неизбежно эволюционирует к устойчивому состоянию и может находится в нем до тех пор, пока в силу каких-либо причин система вновь не придет в неустойчивое состояние».(4) Эти причины связаны с несоответствием внутреннего состояния открытой системы внешним условиям среды. И опять у системы возникает множество вариантов развития.

В любой системы траектория развития процесса, вектор его направленности определяют динамику эволюции системы. Вначале идет медленное количественное накопление изменений. Оно возможно лишь до определенного предела - состояния неустойчивости. В этом состоянии происходит переход количественных изменений в качественные, который, как правило, осуществляется скачком. Момент перехода определяется свойствами системы и уровнем флуктуаций в ней. В результате скачков в системе происходят кардинальные (революционные) изменения. Скачкообразное изменение внутреннего состояния системы в ответ на плавное изменение внешних условий в математике называют «катастрофой». Для системы это означает потерю устойчивости.

Поступательное движение системы по пути эволюции связано с необходимостью выработки качественно новых адаптивных механизмов. «Если система благодаря внутренней перестройке сумела приспособиться к новым условиям, то она переходит к новому устойчивом состоянию, в противном случае она деградирует и разрушается».(12) В устойчивом состоянии она будет находиться до очередной, важной для нее, случайной флуктуации, под влиянием которой ситуация вновь повторится. Этот периодический процесс протекает до тех пор, пока системы обменивается с окружающей средой ресурсами. В естественных условиях (в отсутствие специального управления) она может продолжаться бесконечно долго, что и наблюдается на примере естественных химических и биологических систем, единственным «управителем» и «исполнителем» преобразований в которых являются фундаментальные законы природы. По такому пути идет развитие абсолютно всех систем, но скорость этого процесса в разных системах различна. Химическая эволюция Вселенной продолжается около двадцати миллиардов лет, живого вещества - около четырех, эволюция человека - около двух миллионов, а общества - несколько десятков тысяч лет.

«Процесс усложнения бесконечен, нет предела совершенству».(6) Но при этом всегда есть внешние факторы (потоки информации, энергии, вещества) которые как бы подталкивают систему к самоорганизации. Например, самоорганизация биосферы осуществляется благодаря энергии Солнца, работа лазера - благодаря энергии накачки и т.д. В физике кооперативных явлений (физика плазмы, лазерная физика) упорядочивание систем достигается не просто за счет поступающей извне энергии, но и за счет управления ее характером и потоками.

5. Синергетическая картина мира

Общие закономерности протекания процессов самоорганизации социоприродных систем, выявленные синергетикой, позволяют наиболее полно проиллюстрировать единство всего сущего, построить Катину мира, в которой все - жизнь живой и неживой природы, жизнь и творчество человека, жизнь общества - связано со всем и подчинено единым вселенским фундаментальным законам природы. Это обобщенная синергетическая картина мира.

5.1 Идеи синергетической картины мира

Мир представляет суперсистему, состоящую из иерархии взаимосвязанных подсистем разного уровня сложности, в которой системы более низкого иерархического уровня являются элементами систем более высокого уровня. Для описания их состояния необходимо знать огромное число параметров, характеризующих всю суперсистему и каждую подсистему в отдельности.

Мир находится в постоянном изменении. Это глобальный процесс представляет периодическую смену разрушений старого и созиданий нового на пути самоорганизации и эволюции.

Самоорганизация и усложнение возможны лишь в открытых системах, которые обмениваются с окружающей средой веществом, энергией и информацией и находятся вдали от термодинамического равновесия.

Закономерности развития систем носят вероятностный стохастический характер; случайность и неопределенность выступают как фундаментальное свойство всего сущего. Случайное изменение отдельных внешних или внутренних параметров системы, отклонение их от равновесного значения (флуктуации) могут вызвать неустойчивость состояния всей системы или ее частей и послужить конструктивным началом для усложнения и перехода на качественно новую ступень развития.

Процесс самоорганизации происходит в результате взаимодействия случайности и необходимости и всегда связан с переходом на качественно новую ступень развития.

Самоорганизация обусловлена кооперативными процессами, коллективным согласованным резонансным взаимодействием элементов системы; интеграцией их совместных усилий на пути развития системы; именно благодаря этому зарождаются новообразования, которые при благоприятных условиях могут перерасти в новую структуру.

Развитие происходит по нелинейным законам. Нелинейность означает многовариантность путей выбора и альтернатив выхода из неустойчивых состояний.

5.2 Уровни самоорганизации материи

Глобальный процесс самоорганизации материи, бесконечный в пространстве и времени просматривается в трех уровнях:

Самоорганизация и эволюция косной (неживой) материи. В этом процессе можно выделить два направления:

- химическая эволюция: элементарные частицы> атомы> неорганические молекулы> простые органические молекулы> биополимеры;

- структура эволюции Вселенной: газопылевая туманность> звездная система> галактика> метагалактика> Вселенная.

Процесс самоорганизации косного вещества происходит благодаря примитивным способам отражения косной материи и обмену физической информацией (взаимодействию), носителем которой являются гравитационное, электромагнитное, слабой и сильной поля. Это этап предбиологической эволюции.

Самоорганизация и эволюция живого вещества. «На определенном этапе эволюции косной материи, в какой-то момент времени, в какой-то точке Вселенной создались условия, при которых органическое вещество сгруппировалось в системы, способные к саморегуляции и самовоспроизведению».(8) Последовательное усложнение этих систем в течение миллиардов лет привело к появлению высокоорганизованных животных.

На определенном этапе эволюции от высших животных к человеку возникают сообщества, основанные на разуме и коллективной деятельности. «В процессе самоорганизации сообществ в течение нескольких миллионов лет происходила социальная и психическая эволюция человека».(13) В этот период усложняются коммуникативные отношения, техническая оснащенность, уровень познания и использования природы. Человек изменяет характер энергетических, вещественных и информационных потоков, активно вторгается в биохимические циклы, создает искусственные системы и управляет ими.

6. Самоорганизация и эволюция живого вещества

На сегодняшний день нет достаточно четкого определения, что такое жизнь. «С точки зрения материалистической философии жизнь - это особая форма движения материи».(9) С точки зрения системно-синергетического подхода жизнь - это «форма существования макроскопических гетерогенных открытых систем, далеких от равновесия, способных к самоорганизации, саморегуляции и самовоспроизведению».(14) Второе определения является наиболее полным, так как отражает принципиальное отличие живой материи от косной. По сравнению с последней, жизнь - это качественно новая форма организации материи, основные свойства которой - способность усваивать энергию Солнца за счет фотосинтеза и воспроизводить из неживого в живое.

Необходимо добавить, что в живых системах процессы саморегуляции осуществляются на уровне активного обмена веществом, энергией и информацией. Это связано с тем, что реакции живого организма на воздействие среды носят опережающий характер.

Элементарная единица такого организма - клетка. «Ей присущи все признаки живого - обмен веществ, раздражимость, самоорганизация, саморегуляция, самовоспроизведение, передача наследственных признаков. Она является самоорганизующейся биохимической системой, состоящей из большого числа согласованно функционирующих органоидов. Клетка, хотя и обладает всеми функциями живого, неспособна к самостоятельному существованию (за исключением одноклеточных организмов) в открытой среде». (15)

Важное проявление жизни биологической системы - деление клетки. С ростом клетки ухудшаются условия питания ее элементов, что должно привести к замедлению процессов жизнедеятельности. Кроме того, рост клетки связан с построением копий каждого ее элемента. Вследствие этого снижаются возможности управления внутренними процессами. Эти явления приводят к повышению энтропии клетки и способствуют ее переходу в неустойчивое состояние, выход из которого - деление материнской клетки на две дочерние. Наиболее благоприятные условия для деления складываются в момент удвоения массы, при этом лишняя энтропия сбрасывается в окружающее пространство и образовавшиеся две новые системы вновь обретают устойчивость до очередного момента деления. После нескольких делений клетки часто гибнут, так как их жизнь зависит от сигналов других клеток организма. Сбой этой зависимости ведет к появлению раковых клеток. В энерго-энтропийном плане более выгодным является объединение клеток в более сложные структурные образования - многоклеточные системы: ткань, орган, органная система, многоклеточный организм. В рамках организма осуществляется саморегулирование появляются механизмы управления.

7. Синергетический стиль мышления в экономике

В экономической науке методы синергетики оказались востребованными несколькими годами раньше, чем в других областях социального знания. Первые внедрения принадлежали специалистам по экономической истории, зачастую экономистам-теоретикам, фокусировавшим свое внимание на экономических структурах прошлого. Так, появились работы по анализу рынка ценных бумаг, до сих пор составляющие большинство среди работ данного направления; исследования, основанные на нелинейном анализе динамики рынка рабочей силы.

Введение идей синергетики в социальную область связано с именем В. Вайдлиха. Применяя синергетический подход Г. Хакена, он в течение многих лет, практически с самого начала развития синергетики, разрабатывает модели, позволяющие количественно описать коллективные процессы в обществе. С одной стороны, мы имеем интегративную динамику макрофеноменов в обществе, а с другой - решения и поведение отдельных индивидов на микросоциальном уровне. Синергетика устанавливает соотношение между микроуровнем индивидуальных решений и макроуровнем динамических коллективных процессов в обществе и дает стохастическое описание макродинамики. Вайдлих, в частности, рассмотрел процессы соревнования между двумя фирмами на рынке, выпускающими продукты одного рода и стремящимися достигнуть максимально высокого качества при минимально возможной цене на них. Личностные решения отдельных индивидов купить продукт той или иной фирмы складываются в стохастические изменения макроконфигураций. показывающих преимущество определенной фирмы в данный исторический момент.

В настоящее время существуют попытки применить синергетический подход к моделированию динамики технических инноваций. Группа под руководством В. Эбелинга (университет им. В. Гумбольдта, Берлин) получила любопытные результаты в моделировании нелинейной динамики инноваций в науке. В качестве базисной модели используется уравнение в смысле Вайдлиха, описывающее макроконфигурации инновационных волн.

В 1991 г. на Западе вышла книга В.-Б. Занга "Синергетическая экономика». Работа Занга основана на синергетике Хакена и акцентирует внимание на нелинейных и неустойчивых процессах, характеризующих поведение некоторых экономико-математических моделей.

Отметим, что количество исследований, применяющих синергетическую парадигму, резко возросло за последние годы. Похоже, что экономическая наука прошла своеобразную "точку бифуркации" и стремительно осваивает новый гносеологический подход. В этом плане заслуживают внимания работы Е.А.Ерохиной (Теория экономиеского развития: системно-синергетический подход. Казань. 2000 г.), Н.С.Розова (Структура цивилизации и тенденции мирового развития. (Новосибирск, 1992; Общества, миросистемы и цивилизации: синтез парадигм и структура истории. Новосибирск. 2000 г.), А.В.Яцевича (Самоорганизация и синергетика. М., 1999), Э.Дефальдера ("Невидимая рука": миф и реальность рынка, рассматриваемого как спонтанный порядок // Реферативный журнал "Общественные науки за рубежом". Сер.2. Экономика. 1991. №6).

В экономической теории разработаны различные концепции структурно-функционального управления большими экономическими системами. Общим для них является кибернетический подход к управлению экономической системой, в которой различаются такие структурные компоненты, как входные параметры, управляющий орган, объект управления, выходные данные. На входе системы в каждый момент времени имеется ограниченное множество материальных, трудовых и финансовых ресурсов. Выход системы составляет определенное множество потребительских стоимостей и услуг, которое находится в функциональной зависимости от входных параметров. Оптимальное управление достигается при условии совпадения максимума и минимума целевой функции в некоторой "седловой" точке, когда экономическая система находится в устойчивом состоянии гомеостатического равновесия. В этом состоянии система достигает максимума предела своей эффективности, наиболее продуктивного режима экономического роста. Поэтому главная задача управления большими экономическими системами заключается в поиске и реализации управляющих воздействий, которые в условиях внешних и внутренних возмущений обеспечат гомеостатический статус функционирования и развития системы.

Системные исследования показывают, что определяющим условием оптимального поведения сложных экономических систем является их неравновесная самоорганизация, функциональная устойчивость в неравновесных состояниях.

Неравновесие является таким же фундаментальным свойством экономических систем, как равновесие: оно позволяет детерминировать свободный выбор оптимизационного синтеза из целого спектра возможных направлений. Если равновесное состояние является необходимым условием стационарного существования экономических систем, то неравновесное состояние представляет собой существенный момент перехода в новое состояние, в котором экономическая система приобретает более высокий уровень организации и продуктивности. Только тогда, когда экономическая система теряет функциональную устойчивость, возникают самоорганизационные процессы формирования новых эффективных структур. Приобретая в новых условиях функционирования стабилизирующее положение, экономическая система, таким образом, проходит свои равновесные состояния как промежуточные этапы на траекториях неравновесной самоорганизации.

Синергетический анализ сложных неравновесных систем показывает, что управляющие параметры не регулируют непосредственно поведение объекта управления, а формируют внутренний механизм его самоорганизации. В соответствии с топологией области структурообразующих аттракторов, параметры поведения неравновесной системы задаются случайным образом, в результате чего она спонтанно переходит на новый уровень организации, сама выбирает оптимальный путь своего функционирования.

Синергетический подход позволяет найти эффективные пути управления неравновесными экономическими системами, функционирующими по законам рыночной конъюнктуры. Данный подход ориентирован на познание закономерностей самоорганизации сложных объектов в условиях хаотического спонтанного структурирования. Главная задача синергетического управления заключается в адекватном описании топологии областей рыночных аттракторов, как центров диссипативного структурообразования экономической реальности.

"Синергетически" мыслящий политик или экономист уже не может оценивать то или иное решение посредством прямолинейного сравнения предыдущего и последующего состояний: он обязан сравнивать реальный ход последующих событий с вероятным ходом событий при альтернативном ключевом решении.

Синергетика сегодня еще недостаточно овладела экономической материей. Именно последняя способна придать синергетике не только новый категориальный облик, но и бесконечное поле для практических внедрений. Экономическая теория, овладев синергетической парадигмой, способна разрешать качественно новый класс задач по исследованию трансформационного процесса общества.

Заключение

В общем понимании самоорганизация - это присущая материи способность к усложнению элементов и созданию все более упорядоченных структур в ходе своего развития. Конкретное проявление этой способности зависит от уровня сложности системы и условий ее развития. В узком понимании термина - это скачок, фазовый переход системы из менее в более упорядоченное состояние. При более подробном рассмотрении этого явления отмечалось, что алгоритм скачка имеет общие черты у систем самой различной природы.

Чем выше уровень сложности системы, тем сложнее проявление сил объединения и фракционирования. Что же касается поиска истоков самоорганизации, то он уводит нас вглубь строения вещества, определяющего способность его элементов взаимодействовать друг с другом.

По-моему, с появлением синергетики как науки, в свете новой концепции иначе, чем раньше, решается вопрос о соотношении случайного и закономерного в развитии. Эволюционные этапы весьма жестко детерминированы, поведение системы здесь предсказуемо и даже управляемо.

Становление самоорганизации во многом определяется характером взаимодействия случайных и необходимых факторов системы и ее среды. В переломный момент самоорганизации принципиально неизвестно, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет ли состояние системы хаотичным или она перейдет на новый, более высокий уровень упорядоченности и организации (фазовые переходы и диссипативные структуры - лазерные пучки, неустойчивости плазмы, химические волны и т.д.). В точке бифуркации система как бы «колеблется» перед выбором того или иного пути организации, пути развития. В таком состоянии небольшая флуктуация (момент случайности) сможет послужить началом эволюции (организации) системы в некотором определенном (и часто неожиданном или просто маловероятном) направлении, одновременно отсекая при этом возможности развития в других направлениях.

Синергетика убедительно показывает, что даже в неорганической природе существуют классы систем, способных к самоорганизации. История развития природы - это история образования все более и более сложных нелинейных систем. Такие системы и обеспечивают всеобщую эволюцию природы на всех уровнях ее организации - от низших и простейших к высшим и сложнейшим (человек, общество, культура).

В предисловии к своей книге «Синергетика» Г. Хакен пишет: «Я назвал новую дисциплину «синергетикой» не только потому, что в ней исследуется совместное действие многих элементов систем, но и потому, что для нахождения общих принципов, управляющих самоорганизацией, необходимо кооперирование многих различных дисциплин».(6)

Ключевые понятия

Аттрактор - множество точек в фазовом пространстве динамической системы, к которым стремятся траектории системы.

Бифуркация -- термин происходит от лат. bifurcus -- «раздвоенный» и употребляется в широком смысле для обозначения всевозможных качественных перестроек или метаморфоз различных объектов при изменении параметров, от которых они зависят.

Диссипативность - явление, когда энергия, поставляемая локально в определенные места системы, может распространяться по всей системе, то есть делокализоваться.

Диссипативная система (или диссипативная структура) -- это открытая система, которая оперирует вдали от термодинамического равновесия. Иными словами, это устойчивое состояние, возникающее в неравновесной среде при условии диссипации (рассеивания) энергии, которая поступает извне.

Нелинейная система - системы, свойства которых зависят от происходящих в них процессов.

Неравновесная открытая система - см. диссипативная система.

Открытые системы - это такие системы, которые поддерживаются в определенном состоянии за счет непрерывного потока извне вещества, энергии и информации.

Самоорганизация - это присущая материи способность к усложнению элементов и созданию все более упорядоченных структур в ходе своего развития.

Странный аттрактор - аттрактор в фазовом пространстве, в котором точки никогда не повторяются и орбиты никогда не пересекают друг друг, однако как точки, так и орбиты остаются внутри некоторой области в фазовом пространстве. В отличие от предельных циклов или точечных аттракторов странные аттракторы являются непериодическими и имеет фрактальную размерность. Они являются конфигурацией нелинейной хаотической системы.

Флуктуация - случайные отклонения от среднего значения физических величин, характеризующих систему из большого числа частиц.

Фазовое пространство - множество всех состояний системы в фиксированный момент времени; условное математическое пространство, размерность которого определяется числом параметров, характеризующих состояние системы в процессе ее преобразования, управляемого развития.

Фазовая траектория - траектория перемещения точки в фазовом пространстве.

Эффект бабочки - термин в естественных науках, обозначающий свойство некоторых хаотичных систем. Незначительное влияние на систему может иметь большие и непредсказуемые эффекты где-нибудь в другом месте и в другое время.

Список литературы

1. Ю.Л. Климонтович: Без формул о синергетике. - Минск, 1986,стр.48

2. Концепция самоорганизации: становление нового образа мышления. - М.,1994, стр.36

3. Л.В. Тарасов: Мир, построенный на вероятности. - М., 1984, стр. 113

4. Н.Р. Пригожин, И. Стенгерс: Время, хаос, квант. - М: Мир, 1994, стр.138

5. Р.Е. Реванский: Развивающаяся Вселенная. - М.: 1995, стр. 54

6. Г. Хакен: Синергетика. - М.: Мир, 1993, стр.201

7. М. Эйген: самоорганизация материи эволюция биологических макромолекул. - М.: Мир, 1993, с. 39

8. В.П. Ратников: Концепция современного естествознания: учебник - ЮНИТИ, 1997, стр. 179

9. Л.В. Тарасов: Мир, построенный на вероятности. - М., 1984, стр. 142

10. В.Н. Михайлевский: Диалектика формирования совр. науч. Картины мира. - Л.: ЛГУ, 1989,с. 158

11. Г. Николис, И. Пригожин: Познание сложного. - М., 1990, стр. 97

12. КСЕ/под ред.В.Н. Лавриненко. - М.:Юнити, 1997, стр. 59

13. М. Эйген: самоорганизация материи эволюция биологических макромолекул. - М.: Мир, 1993, с. 93

14. Ю.Л. Климонтович: Без формул о синергетике. - Минск, 1986, стр. 82

15. Г.Г. Малинецкий: Синергетика - теория самоорганизации. - М.: Наука, 1983, стр. 16

Размещено на Allbest.ru