Основные концепции самоорганизации

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Постулат о способности материи к саморазвитию был введен достаточно давно. А вот его необходимость в фундаментальных естественных науках (физике, химии) начали осознавать только сейчас. На этой волне и возникла теория самоорганизации. Ее разработка началась несколько десятилетий назад.

В настоящее время самоорганизация развивается по нескольким направлениям, ее основными концепциями являются синергетика (Г. Хакен), неравновесная термодинамика (И.Р. Пригожин).

Герман Хакен 12 июля 1927 г. - ...

Немецкий физик-теоретик, один из основателей синергетики, правнучатый племянник Карла Маркса. Изучал физику и математику в ун-тах Галле (1946--1948) и Эрлангена (1948-1950), получив степени доктора философии и доктора естественных наук. С 1960 является проф. теоретической физики ун-та Штутгарта. До ноября 1997 был директором Института теоретической физики и синергетики ун-та Штутгарта.

Основные концепции самоорганизации Г. Хакена

Синергетика (греч. synergetikos - совместный, согласовано действующий) - научное направление, изучающее связи между элементами структуры (подсистемами), которые образуются в открытых системах (биологических, физико-химических и др.) благодаря процессам самоорганизации в природе и обществе, т.е. интенсивному (потоковому) обмену веществами и энергией с окружающей средой в неравновесных условиях; в таких системах наблюдается согласованное поведение подсистем, в результате чего возрастает степень ее упорядоченности, т.е. уменьшается энтропия (т.н. самоорганизация). Синергетика возникла на стыке физики и химии в 70-е гг. XX в., основоположником является Г. Хакен, профессор Института синергетики и теоретической физики в Штудтгарте.

Современная синергетика стала признанным междисциплинарным направлением научных исследований, которое занимается изучением сложных систем, состоящих из многих элементов, частей, компонентов, которые взаимодействуют между собой сложным (нелинейным) образом. Исследует механизмы возникновения новых структур за счет разрушения старых, а синергетические системы функционируют в соответствии с принципом положительной обратной связи.

Синергетика претендует на открытие универсальных механизмов самоорганизации как в живой, так и в неживой природе. Теоретической основой синергетики выступает термодинамика нелинейных систем, или неравновесная термодинамика.

Исходным принципом синергетической концепции является различие процессов в открытых и закрытых системах. Синергетика в качестве предмета изучения выбирает открытые системы. Опираясь на это знание, синергетика предлагает следующее объяснение механизма возникновения порядка из хаоса. Пока система находится в состоянии термодинамического равновесия, все ее элементы ведут себя независимо друг от друга и на создание упорядоченных структур неспособны. В какой-то момент поведение открытой системы становится неоднозначным. Та точка, в которой проявляется неоднозначность процессов, называется точкой бифуркации (разветвления). В точке бифуркации изменяется роль внешних для системы влияний: ничтожно малое воздействие приводит к значительным и даже непредсказуемым последствиям. Между системой и средой устанавливается отношение положительной обратной связи, т.е. система начинает влиять на окружающую среду таким образом, что формирует условия, способствующие изменениям в ней самой. Т.е. система противостоит разрушительным влияниям среды, меняя условия своего существования.

Под влиянием энергетических взаимодействий с окружающей средой в открытых системах возникают так называемые эффекты согласования и кооперации, когда различные элементы начинают действовать в унисон. Такое согласованное поведение синергетика называет когерентным. После возникновения новая структура, называемая диссипативной, включается в дальнейший процесс самоорганизации материи. Таким образом, внешние взаимодействия оказываются фактором внутренней самоорганизации систем, которые в свою очередь способствуют самоорганизации других систем и т.д. Взаимодействие системы со средой оказывается существенным условием ее эволюции.

Синергетика утверждает, что законы самоорганизации действуют на всех уровнях материи, поэтому синергетический подход позволяет преодолеть разрыв между живой и неживой природой и объяснить происхождение жизни через самоорганизацию неорганических систем.

Сегодня синергетика (а также входящая в неё и близкая по смыслу теория самоорганизации) включает в себя, по крайней мере, три уровня идей:

Частнонаучный (конкретные теории самоорганизации структур в физике, химии, биологии, экологии, психологии и других частных науках, в том числе теории динамического хаоса).

Общенаучный (концепции самоорганизации Г. Хакена, И. Пригожина, С. Курдюмова, Э. Ласло и других известных авторов, которые формулируют общие понятия, принципы и законы самоорганизации, применяемые во всех объективных, связанных с эмпирическим опытом, науках, включая теорию хаоса, а также в математике как общенаучной дисциплине).

Мировоззренческий (синергетика как ядро мировоззрения нового типа, обобщающего мировоззрения прежнего типа мифологию, религию, философию).

Общий смысл комплекса синергетических идей, которые развивают эти направления, заключается в следующем: процессы разрушения и созидания, деградации и эволюции во Вселенной равноправны; процессы созидания имеют единый алгоритм, независимо от природы систем, в которых они осуществляются. Таким образом, синергетика претендует на открытие некоего универсального механизма, при помощи которого осуществляется самоорганизация как в живой, так и неживой природе. Под самоорганизацией при этом понимается спонтанный переход открытой неравновесной системы от менее сложных и упорядоченных форм организации к более сложным и упорядоченным. Отсюда следует, что объектом синергетики могут быть отнюдь не любые системы, а только те, которые отвечают как минимум двум условиям. Прежде всего, они должны быть: открытыми, т.е. обмениваться веществом или энергией с внешней средой; и существенно неравновесными, или находиться в состоянии, далеком от термодинамического равновесия.

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 понятие хаоса, вошел в обиход термин детерминированный хаос, имеющий конкретный физико-математический смысл. Следует отметить распространение самим Г. Хакеном идей синергетики на биологические явления: переходы между паттернами в биологии и возможности исследования биологической эволюции как процесса самоорганизации в сложной системе.

С синергетикой устойчиво ассоциируются такие физические объекты и явления как: аттракторы, бифуркация, самоорганизация (когерентная, континуальная и в других смыслах и интерпретациях), хаос и детерминированный хаос, открытие системы в неравновесном состоянии,

Синергетика является теорией эволюции и самоорганизации сложных систем мира, выступая в качестве современной (постдарвиновской) парадигмы эволюции.

Основные концепции Пригожина Илья Романович (25января 1917-28мая 2003г. (86лет)

синергетика хакен неустойчивость диссипативный

Бельгийский физик и физикохимик российского происхождения. Лауреат Нобелевской премии по химии 1977 года, виконт Бельгии.

Один из двух лауреатов Нобелевской премии по химии российского происхождения (первый -- Николай Николаевич Семёнов).

Брюссельская школа лауреата Нобелевской премии И.Р. Пригожина развивает термодинамический подход к самоорганизации с точки зрения диссипативных структур, раскрывающую исторические предпосылки и мировоззренческие основания теории самоорганизации.

В отрытых системах поток энергии может вывести ее из устойчивого состояния - начинается развитие неустойчивостей, а их последующая самоорганизация может привести систему в устойчивое неоднородное состояние. Такие состояния И. Пригожин назвал «диссипативными структурами».

Осознание того факта, что хаотическая динамика присуща практически всем нелинейным физическим системам, стало революцией в современном естествознании. Огромную роль в этом сыграли работы И. Пригожина. Мотивацией его работы, выполненной совместно с И. Стенгерс, был парадокс времени, который, однако, не существует сам по себе. С ним тесно связаны два других парадокса, которые, как пишет И. Пригожин, имеют самое непосредственное отношение к отрицанию парадокса времени: «квантовый парадокс» и «космологический парадокс». Такая проблема, как парадокс времени, для людей, далеких от физики, может показаться странной: «Как физика, предъявляющая всё более строгие требования к эксперименту, что означает всё более тесную связь между теорией и опытом, дерзает отрицать различие между прошлым и будущим?». «Будущее при нашем подходе, - пишут И. Пригожин и И. Стенгерс, - перестает быть данным; оно не заложено более в настоящем. Это означает конец классического идеала всеведения».

В последние десятилетия родилась новая наука - физика неравновесных процессов, связанная с такими понятиями, как самоорганизация, диссипативные структуры, необратимость. «Искусственное может быть детерминированным и обратимым, - пишут И. Пригожин и И. Стенгерс, - естественное же непременно содержит элементы случайности и необратимости».

Последнее играет существенную конструктивную роль: необратимость приводит к множеству новых явлений, таких как образование вихрей и т.п. Невозможно себе представить жизнь в мире, лишенном взаимосвязей, создаваемых необратимыми процессами. Время и реальность нерасторжимо связаны между собой. Отрицание времени может быть актом отчаяния или казаться триумфом человеческой мысли, но это всегда отрицание реальности. Однако и то, что полностью случайно, также лишено реальности. И. Пригожин считает самым разумным отыскать узкую тропинку между двумя концепциями, каждая из которых приводит к отчуждению: концепцией мира, управляемого законами, не оставляющими места для новации и созидания, и концепцией, символизируемой Богом, играющим в кости, концепцией абсурдного, акаузального мира, в котором ничего нельзя понять. «Поиск тропинки» - это и есть основная тема книги И. Пригожина и разделяющей его взгляды И. Стенгерс.

Традиционный подход привел к отчуждению фундаментальной физики от всех остальных наук, исходивших в своих описаниях из допущения о существовании стрелы времени.

Основательный пересмотр формулировки законов природы стал возможен благодаря замечательным успехам, связанным с идеями неустойчивости и хаоса. С их помощью разрешимы сопутствующие парадоксу времени квантовый и космологический парадоксы. Теперь возможна реалистическая интерпретация квантовой теории. Что касается космологии, то рождение Вселенной в результате Большого Взрыва около 15 миллиардов лет назад не может не рассматриваться как событие. Однако в традиционную формулировку законов природы события не входят, и гипотеза Большого Взрыва поставила физику «перед её величайшим кризисом». Кризис разрешим, если принять точку зрения И. Пригожина, что события являются следствием неустойчивости хаоса. В рамках детерминистического подхода всё, в том числе и написание книги И. Пригожина, предопределено с момента Большого Взрыва. В новой формулировке законов природы последние относятся к вероятностям. Ученый сравнивает природу с образом ребенка: отваживаясь делать свои первые шаги, ребенок может в дальнейшем стать музыкантом, юристом или стоматологом, но выбрав что-то одно, а не всё сразу. К счастью для нас эволюция Вселенной привела к зарождению жизни на Земле и, в конечном счёте, к появлению человека.

И. Пригожин убежден, что его подход приводит к более согласованному и единообразному описанию природы. Между фундаментальными законами физики и всеми остальными уровнями описания, включающего в себя химию, биологию и гуманитарные науки, существовал разрыв. Новая перспектива, которая открывается благодаря объединяющей роли хаоса, глубоко трансформирует связь между науками. Однако ученый предостерегает от искушения создать «теорию всего на свете»: унифицирующий элемент, вводимый хаосом, соответствует концепции открытого эволюционизирующего мира, в котором, по словам Поля Валери, «время есть конструкция». Суть «диалога с природой», который связывается с научным пониманием, заключается в том, чтобы превратить хаос в новое орудие исследования ситуаций, до сих пор остававшихся вне досягаемости физики.

Понятие аттрактора (от лат. attraho притягивающий к себе), фигурирующее в исследовании И. Пригожина, используется им для описания эволюции диссипативных систем; к таким, например, относится движение реального маятника, включающее трение. В отличие от идеального маятника (без трения), движение которого бесконечно, реальный постепенно останавливается в положении равновесия: это положение и является аттрактором. Не все диссипативные системы приходят к одной единственной конечной точке. Например, сильно неравновесная диссипативная структура, известная под названием «химические часы», эволюционизирует не к какому-нибудь состоянию, а к устойчивому периодическому режиму. Такая ситуация приводит к необходимости обобщения идеи аттрактора: он более не точка, а линия. В других случаях, пытаясь построить геометрическое изображение аттрактора, можно получит поверхность или объем. Полной неожиданностью стало открытие так называемых странных аттракторов. В отличие от линии или поверхности, странные аттракторы характеризуются не целыми, а дробными размерностями. Они являются фрактальными объектами. Открытие фрактальных объектов позволило по-новому взглянуть на удивительный мир форм, существующих в природе. Большинство из них не являются правильными геометрическими объектами, но могут быть охарактеризованы дробными размерностями.

Таким образом, в глобальном смысле основные элементы теории хаоса открывают возможности поиска если не универсального, то, по крайней мере, объединяющего принципа устройства мироздания на всех уровнях.

Не только результаты, а и условия, причины и движущие силы самоорганизации имеют альтернативы. Так, в рассмотрении И.Р. Пригожина применительно к диссипативным структурам речь идет о когерентной самоорганизации, альтернативой для которой является континуальная самоорганизация индивидуальных микросистем, разработанная и предложенная А.П. Руденко.

Термодинамика неравновесных процессов вместе с теорией диссипативных структур, развиваемые биофизиком И. Пригожиным, Ю. Климонтовичем и другими применяется теперь не только в физике, но и экологии. Есть даже успешные попытки их использования в социологии, языкознании, психологии, педагогике.

Вывод

Мы рассмотрели основные концепции самоорганизации: синергетика (Г. Хакена) и теория диссипативных структур (И. Пригожина). Теория самоорганизации попадает в самый эпицентр общечеловеческих проблем мироосмысления, формируя новое мировидение и философию, позволяет увидеть существенный прогресс в решении отмеченных вопросов в рамках новой парадигмы.

Сама концепция самоорганизации - одно из наиболее ярких многообещающих направлений в научной жизни последнего десятилетия и её теоретико-познавательный статус находятся в стадии становления.

Самоорганизация как научное направление исследований является востребованной обществом. Ее основные концепции дают возможность плодотворно взаимодействовать ученым разных специализаций на языке системного осмысления и поиска новых решений. Приведенные определения самоорганизации, полученные преемственным образом, могут конструктивно применяться при решении многих конкретных задач в разных областях наук. Она может быть использована как основа междисциплинарного синтеза знания, как основа для диалога естественников и гуманитариев, для кросс-дисциплинарной коммуникации, диалога и синтеза науки и искусства, диалога науки и религии, Запада и Востока (западного и восточного миропонимания). Будучи междисциплинарной по своему характеру, самоорганизация позволяет выработать некоторые новые подходы к обучению и образованию, к эффективному информационному обеспечению различных слоев общества.

Список использованной литературы

1. Г.И. Рузавин. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов. - М. 1997

2. И. Пригожин. Философия нестабильности. Вопросы философии. - 1998 №8

3. И. Пригожин, И. Стенгерс. Порядок из хаоса: новый диалог человека с природой - М. 1986

4. Г. Хакен. Синергетика. - М. 1980

5. С.Х. Каперников. Концепции современного естествознания. Учебник для студентов высших учебных заведений. - М. 2001

6. О.Н. Стрельник. Концепции современного естествознания: краткий курс лекций. - М. 2003

7. Г. Хакен. Информация и самоорганизация. - М. 1991

8. А.А. Горелов. Концепции современного естествознания: курс лекций. - М. 1997

Размещено на Allbest.ru