Синергетика как коэволюция сложных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Синергетика как наука о сложном

2. Антропный принцип как принцип существования сложного в мире

Заключение

Список использованной литературы

Введение

«Сложность» -- одно из ключевых слов, специфицирующих синергетические исследования. Наряду с понятиями «самоорганизация», «нелинейность», «открытость» и «хаос» синергетика концентрирует внимание на исследовании сложности. Синергетика есть познание и объяснение сложного, его природы, принципов организации и эволюции.

Согласно классической термодинамике и ее второму началу, эволюционность мира заключается в процессах упрощения организации, деградации структур и образований мира, возрастания энтропийных, хаотических элементов. В своем крайнем выражении эти представления доводятся до гипотезы о тепловой смерти Вселенной.

Синергетика, в основу которой положена неравновесная термодинамика, изучает главным образом противоположные процессы: путь к сложному, рождение сложного и его нарастание, процессы морфогенеза. Процессы хаотизации и упрощения организации исследуются синергетикой лишь как необходимые эволюционные стадии функционирования сложного и восхождения к более сложному.

Цель данной работы - исследование синергетики как коэволюции сложных систем.

Задачи:

1) раскрыть синергетику как науку о сложном;

2) изучить антропный принцип как принцип существования сложного в мире.

1. Синергетика как наука о сложном

Как возникает сложное? Почему формообразования и структуры самоорганизации природы именно такие, скажем, спиральные или решетчатые (правильные гексагональные решетки)? Как возможна смена форм, усложнение формообразований в мире? Как осуществляется процесс морфогенеза? Как возможна ценная реакция усложнения? (Именно над этим вопросом билась мысль А. Тьюринга и последующих исследователей.) По каким принципам строится сложная структура из простых, целое из частей? Как происходит сборка сложного в этом мире? Специалисты в области теории самоорганизации (синергетики), пожалуй, не прошли на сегодняшний день и половины пути в поисках ответов на эти вопросы.

Г. Николис и И. Пригожин в своей книге «Познание сложного» пытаются проникнуть в природу сложности как таковой, исследовать поведение сложных систем независимо от того, идет ли речь о молекулах, биологических или социальных системах. В качестве ингредиентов сложного поведения, с их точки зрения, можно рассматривать «неравновесность, обратные связи, переходные явления, эволюцию». Несколько ниже они выражают это более детально: это -- «возникновение бифуркационных переходов вдали от равновесия и при наличии подходящих нелинейностей, нарушение симметрии выше точки бифуркации, а также образование и поддержка корреляций макроскопического масштаба».

Согласно Дж. Николису, сложное связано с субординацией уровней, иерархическим принципом построения и, кроме того, сложное с необходимостью должно рассматриваться в эволюционном аспекте.

Известный американский физик М. Гелл-Манн, также занимающийся в последнее время междисциплинарным исследованием природы простого и сложного, выступил в 1984 г. в качестве одного из основателей Института в Санта-Фе (Нью-Мехико). Этот институт получил ныне мировую известность как ведущий центр по изучению сложного. В нем проводятся исследования таких сложных адаптивных систем, как биологические организмы, языки, человеческий мозг и креативное мышление.

В своей недавней книге «Кварк и ягуар» Гелл-Манн стремится показать, что, как это ни парадоксально, мир кварков имеет довольно много общего с миром блуждающего в ночи ягуара. Два полюса мира -- простое и сложное -- тесно взаимосвязаны. «Кварк символизирует базисные физические законы, которые управляют универсумом и всем веществом в нем... Ягуар означает сложность окружающего нас мира, в особенности то, как мир проявляет себя в сложных адаптивных системах... ».

М. Гелл-Манн предложил новый термин «рlесtics», который, с его точки зрения, удачно выражает взаимоотношения простого и сложного во всех их бесчисленных проявлениях. Этот термин имеет греческое происхождение и семантически связан с «искусством переплетения», «составления», «усложнения». Таким образом, в современной теории сложного происходит переход. Подлинно сложные феномены возникают на границе хаоса и порядка. Выше некоторого порогового состояния система становится неустойчивой, когда микроскопическое движение (флуктуация) вызывает быстрый лавинообразный процесс, выход на аттрактор.

К. Майнцер, который недавно стал президентом Немецкого общества по изучению сложных систем и нелинейной динамики (почетным председателем этого общества избран профессор Г. Хакен), также обсуждает различные аспекты современной теории сложных нелинейных систем. Описание сложного, как показывает он, невозможно без представления о нелинейности и современных нелинейных моделей. В условиях современного мира линейное мышление, до сих пор доминирующее в некоторых областях науки, становится принципиально недостаточным и даже опасным. «Стоит еще раз подчеркнуть, -- пишет Майнцер, -- что линейное мышление может быть опасным в нелинейной сложной реальности... Наши врачи и психологи должны научиться рассматривать людей как сложных нелинейных существ, обладающих умом и телом. Линейное мышление может терпеть неудачу в установлении правильных диагнозов... Мы должны помнить, что в политике и истории монокаузальность может вести к догматизму, отсутствию толерантности и фанатизму... Подход к изучению сложных систем порождает новые следствия в эпистемологии и этике. Он дает шанс предотвратить хаос в сложном нелинейном мире и использовать креативные возможности синергетических эффектов».

Различные аспекты проблемы сложного в теории самоорганизации, а также возможности построения единой теории сложных систем рассматриваются и в ряде работ таких авторов, как Г. Хакен, Э. Ласло, X. Матурана и Ф. Варела, Э. Моран и др.

Судя по известным нам работам в стране и мире, до сих пор не найдено последовательное решение задачи морфогенеза, задачи усложнения, перехода от простых форм (структур) к сложным. Более актуальна задача поиска сложного спектра структур-аттракторов, т. е. спектра асимптотик эволюционных процессов, протекающих в сложных нелинейных системах (на открытых нелинейных средах).

Наше обсуждение опирается также на многолетние результаты математического моделирования сложных систем и вычислительного эксперимента, полученные большой группой ученых в Институте прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, в Институте математического моделирования РАН и на факультете ВМК МГУ. Философское их осмысление, с нашей точки зрения, представляет интерес для широкой общественности.

В отечественной научной школе пока не удалось описать морфогенез как переход от простых структур к сложным. Решается более простая задача: установлено, какие базовые математические модели содержат сложный спектр нестационарных структур-аттракторов. Иначе говоря, достигнут прогресс в понимании, какие открытые нелинейные среды (системы) обладают сложным спектром аттракторов, при каких режимах эволюционных процессов это возможно, какие собственные параметры сред для этого необходимы (точнее, каким должно быть соотношение диффузионных, рассеивающих и наращивающих неоднородности в среде факторов, связанных с нелинейностью источников), каково число возможных структур-аттракторов для определенных открытых нелинейных сред. Рассматриваются также условия их возбуждения в среде и эволюция во времени.

2. Антропный принцип как принцип существования сложного в мире

Синергетика перестраивает наше мировоззрение. Она открывает необычные стороны мира: его нестабильность и режимы с обострением (режимы гиперболического роста, когда характерные величины многократно, вплоть до бесконечности возрастают за конечный промежуток времени), нелинейность и открытость (различные варианты будущего), возрастающую сложность формообразований и способов их объединения в эволюционирующие целостности (законы коэволюции).

Синергетика позволяет взглянуть на мир другими глазами. Вновь удивиться миру. Главное чудо -- в том, что мир устроен так, что он допускает сложное. Известна формулировка антропного принципа, связанного с происхождением Вселенной. Сложность наблюдаемой Вселенной определяется очень узким диапазоном сечений первичных элементарных процессов и значениями фундаментальных констант. Если бы сечения элементарных процессов в эпоху Большого взрыва были бы, скажем, немного выше, то вся Вселенная «выгорела» бы за короткий промежуток времени. Антропный принцип оказывается принципом существования сложного в этом мире. Чтобы на макроуровне сегодня было возможно существование сложных систем, элементарные процессы на микроуровне изначально должны были протекать очень избирательно. На основе исследования математических моделей открытых нелинейных сред (систем) обнаружено явление инерции тепла и локализации процессов (например, горения) в виде нестационарных структур, развивающихся в режиме с обострением. Есть основания сформулировать гипотезу о распространении антропного принципа на условия проявления «сложности» в явлениях самоорганизации. Эта гипотеза состоит в том, что сложный спектр структур-аттракторов, отличающихся различными размерами и формами, существует лишь для узкого, уникального класса моделей со степенными нелинейными зависимостями. Удивительно, что все сложное построено в мире чрезвычайно избирательно, что эволюционный коридор в сложное очень узок. Эволюционное восхождение по лестнице все усложняющихся форм и структур означает реализацию все более маловероятных событий.

Итак, относительно простые математические модели содержат сложное, сложный спектр структур-аттракторов. Показано, что на выделенном классе открытых и нелинейных сред могут возникать и местастабильно поддерживаться сложные спектры нестационарных структур, структур, развивающихся в режиме с обострением. Путь к сложному -- это путь к средам с большими нелинейностями и новыми свойствами, с более сложным спектром форм и структур. Это создает основания рассматривать мир как иерархию сред с разной нелинейностью.

Одна из основных и методологически конструктивных идей -- это идея о свертывании сложного, радикальной редукции сложного к простому. Аттракторы эволюции сложных систем описываются намного проще, чем зигзагообразный и неоднозначный путь к ним.

Как известно, поведение любой системы может быть представлено бесконечным рядом гармоник (мод) с временным коэффициентом перед каждой. Если в модели линейной системы различные гармоники (моды) независимы, то в модели нелинейной -- устанавливается определенная связь между ними. Открытость системы приводит к тому, что в определенные гармоники поступает извне, например энергия, а нелинейность определяет характер ее распределения между гармониками. Диссипативные процессы, затухание действуют по всему спектру гармоник. В силу нелинейности диссипацией «выедаются», уничтожаются те гармоники, которые недостаточно поддерживаются энергетически. В результате остается конечное и небольшое количество гармоник, а стало быть, и небольшое число уравнений, описывающих асимптотическое поведение бесконечно сложной открытой нелинейной системы.

Этот вывод можно сформулировать в общем виде. Неправомерно при поиске структур-аттракторов чрезмерно усложнять модели, вводить большое число параметров эволюции. Синергетика позволяет снять некие психологические барьеры, страх перед сложными системами. Сверхсложная, бесконечномерная, хаотизированная на уровне элементов среда (система) может описываться, как и всякая открытая нелинейная среда (система), небольшим числом фундаментальных идей и образов, а затем, возможно, и математических уравнений, определяющих общие тенденции развертывания процессов в ней. Можно попытаться определить в том числе и параметры порядка мирового развития.

Структуры-аттракторы эволюции, ее направленности или цели относительно просты по сравнению со сложным (запутанным, хаотическим, неустоявшимся) ходом промежуточных процессов в среде. Асимптотика колоссально упрощается. На основании этого появляется возможность прогнозирования, исходя: 1) «из целей» процессов (структур-аттракторов), 2) «от целого», исходя из общих тенденций развертывания процессов в целостных системах (средах), и тем самым 3) из идеала, желаемого человеком и согласованного с собственными тенденциями развития процессов в средах.

синергетика прогнозирование сложное морфогенез

Заключение

Итак, падение темпа цивилизационного развития, связанное с уменьшением численности населения, распад и рассредоточение человечества на сепарированные целостности означают в некотором смысле возврат к модифицированному средневековью. Такими могут быть суровые последствия эволюционного сценария, приводящего к «золотому миллиарду».

Если сохраняется квадратичная нелинейность закона роста населения, то в результате развития культуры и технологии, информационных, обменных процессов всякого рода может усилиться фактор «диффузии» (по сравнению с фактором самовлияния, нелинейных обратных связей). Тогда возможен переход в НЗ-режим с обострением, с возрастанием интенсивности процесса и «ростом полуширины», распространением в пространстве. По-видимому, это означает выход за пределы Земли в космическое пространство, построение колец миров вокруг Земли, возникновение расширенной ноосферы,

Существует сценарий, связанный с изменением самого закона роста. Это обсуждавшаяся выше возможность появления информационной основы развития человечества.

В наш век все ускоряющегося развития усыновление законов организации и коэволюции сложных биологических, экологических, социальных систем представляет задачу огромной важности. У человечества нет времени нащупывать организацию мира методом проб и ошибок. Надо ясно знать, как она должна строиться, понимать законы нелинейного синтеза сложных, развивающихся в разном темпе структур. Это непреложная ступень в развитии разума во Вселенной. На нее надо подняться, чтобы обеспечить будущее человечеству.

Синергетика позволяет снять некие психологические барьеры, страх перед сложными системами. Сверхсложная, бесконечномерная, хаотизированная на уровне элементов среда (система) может описываться, как и всякая открытая нелинейная среда (система), небольшим числом фундаментальных идей и образов, а затем, возможно, и математических уравнений, определяющих общие тенденции развертывания процессов в ней. Можно попытаться определить в том числе и параметры порядка мирового развития.

Структуры-аттракторы эволюции, ее направленности или цели относительно просты по сравнению со сложным (запутанным, хаотическим, неустоявшимся) ходом промежуточных процессов в среде. Асимптотика колоссально упрощается. На основании этого появляется возможность прогнозирования, исходя: 1) «из целей» процессов (структур-аттракторов), 2) «от целого», исходя из общих тенденций развертывания процессов в целостных системах (средах), и тем самым 3) из идеала, желаемого человеком и согласованного с собственными тенденциями развития процессов в средах.

Список использованной литературы

1. Капица С.П. и др. Синергетика и прогнозы будущего. М.: Едиториал УРСС, 2013. - 288с.

2. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Синергетическое расширение антропного принципа. //Синергетическая парадигма. М.: Прогресс, 2014. -536с.

3. Малинецкий Г.Г. Хаос, структуры, вычислительный эксперимент. М.: Наука, 2013. - 128с.

4. Моисеев Н.Н. Как далеко до завтрашнего дня. М.: Аспект Пресс, 2014. - 140с.

5. Хакен Г. Синергетика. /Пер. с англ. - М.: Мир, 2014. - 426с.

Размещено на Allbest.ru