Раздел 9. Понятие о синергетике Тема №23. Синергетика

План:

23.1 Метод и перспективы системного исследования.

23.2 Принципы синергетики.

23.3 Применение методов синергетики.

Синергетика изучает связи между элементами (подсистемами) структуры, которые образуются в открытых системах (физических, химических, биологических, социальных) благодаря интенсивному обмену веществом и энергией с окружающей средой в неравновесных условиях. В открытых системах возможно согласованное поведение подсистем, в результате чего возрастает степень упорядоченности - уменьшается энтропия. Основа синергетики – термодинамика неравновесных процессов, теория случайных процессов, теория нелинейных колебаний и волн. Объект изучения синергетики должен удовлетворять трем условиям: открытости, неравновесности и скачкообразному выходу из критического состояния.

Метод и перспективы системного исследования. В неявной форме системный подход в простейшем виде применялся в науке с самого начала ее возникновения. Даже тогда, когда отдельные науки занимались накоплением и обобщением первоначального фактического материала, идея систематизации и единства лежала в основе всех поисков новых фактов и приведения их в единую систему научного знания.

Однако возникновение системного метода как особого способа исследования многие относят ко времени Второй мировой войны и наступившему мирному периоду. Во время войны ученые столкнулись с проблемами комплексного характера, которые требуют учета взаимосвязи и взаимодействия многих факторов в рамках целого. К таким проблемам относились, в частности, планирование и проведение военных операций, вопросы снабжения и организации армии, принятие решений в сложных условиях и т.п. На этой основе возникла одна из первых системных дисциплин, названная исследованием операций. Применение системных идей к анализу экономических и социальных процессов способствовало возникновению теории игр и теории принятия решений.

Пожалуй, самым значительным шагом в формировании идей системного метода было появление кибернетики как общей теории управления в технических системах, живых организмах и обществе. В ней наиболее отчетливо виден новый подход к исследованию различных по конкретному содержанию систем управления. Хотя отдельные теории управления существовали и в технике, и в биологии, и в социальных науках, тем не менее, единый, междисциплинарный подход дал возможность раскрыть более глубокие и общие закономерности управления, которые заслонялись массой второстепенных деталей при конкретном исследовании частных систем управления. В рамках кибернетики впервые было ясно показано, что процесс управления с самой общей точки зрения можно рассматривать как процесс накопления, передачи и преобразования информации. Само же управление можно отобразить с помощью определенной последовательности алгоритмов, или точных предписаний, посредством которых осуществляется достижение поставленной цели. Вскоре после этого алгоритмы были использованы для решения различных других задач массового характера, например управления транспортными потоками, технологическими процессами в металлургии и машиностроении, организации распределения продукции, регулирования движения и многочисленных подобных процессов. Появление быстродействующих компьютеров явилось той необходимой технической базой, с помощью которой можно было обрабатывать разнообразные алгоритмически описанные процессы. Алгоритмизация и компьютеризация целого ряда производственно-технических, управленческих и других процессов явилась, как известно, одним из составных элементов современной научно-технической революции, связавшей воедино новые достижения науки с результатами развития техники.

Наиболее общим приемом для реализации этой цели служит математическое моделирование. С помощью математической модели отображаются наиболее существенные количественные и структурные связи между элементами некоторых родственных систем. Затем эта модель рассчитывается на компьютере, и результаты вычислений сравниваются с данными наблюдений и экспериментов. Возникающие расхождения устраняются путем внесения дополнений и изменений в первоначальную модель.

С позиций системности, единства и целостности научного знания становится возможным правильно подойти к решению таких проблем, как редукция, или сведение одних теорий естествознания к другим, синтез, или объединение, кажущихся далекими друг от друга теорий, их подтверждение и опровержение данными наблюдений и экспериментов.

Термин синергетика – совместные действия был предложен для обозначения круга проблем, где проявляются коллективные эффекты с участием большого числа подобных объектов произвольной природы, будь то нейроны мозга, колония бактерий, стая птиц, молекулы газа или фотоны.

Синергетика (совместные действия) – это теория кооперативных явлений, описывающая незамкнутые, нелинейные, неустойчивые, иерархические сложные системы произвольной природы. Уже в области естествознания существуют альтернативные названия этой области, существует нелинейная динамика, теория диссипативных систем, универсальный эволюционизм, теория открытых систем, теории динамического хаоса и самоорганизации и т.д.

Синергетика сосредотачивает внимание не на состояниях гомеостаза структуры, порядка, а на кризисных, переходных, пограничных состояниях системы, то есть, там, где не может быть стабильной структуры, порядка. Три фазы эволюционого цикла – гибель структуры – хаос – рождение структуры составляют то, что принято называть самоорганизация. Предыдущая структура разрушается, растворяется в хаосе, а затем рождается в новом облике.

Такой креативный (порождающий) взгляд на становление, любое событие существовал в культуре всегда. Он представляется, говоря современным системным языком, креативной триадой: Предмет действия + Способ действия = Результат действия и закреплен в философии: ЛОГОС + ХАОС = КОСМОС.

ЛОГОС (ТЕОС) – целевое начало, закон, принципы, замыслы, намерения, неизменные в процессе рождения Космоса, способ действия.

ХАОС – неоформленная инертная материя, материал, простейшие элементы конструирования, сокрытые потенциальные возможности и формы, предмет действия.

КОСМОС – результат соединения (взаимодействия) в акте становления Логоса и Хаоса, полученная новая структура, результат действия.

В культуре, в математике, в конкретных научных дисциплинах трехчастные законы всегда можно интерпретировать в терминах креативной триады.

Принципы синергетики. Любой эволюционный процесс выражен чередой смен оппозиционных качеств – условных состояний порядка и хаоса, которые соединены фазами перехода к хаосу (гибели структуры) и выхода из хаоса (самоорганизации). Одну стабильную фазу относят к Бытию, гомеостазу системы. Она наиболее протяженная по времени, остальные так или иначе связаны с хаосом и относятся к Становлению или кризису. Условность такого разбиения связана с тем, что во всяком порядке есть доля хаоса и, наоборот, в хаосе можно найти элементы порядка, проблема в мере их смешивания.

В синергетике достаточно развиты универсальные методы и язык описания этих стадий. В простейшем варианте можно предложить семь основных принципов синергетики: два принципа Бытия и пять Становления.

Два принципа Бытия (гомеостатичность, иерархичность) характеризуют фазу «порядка», стабильного функционирования системы, её прозрачность и простоту описания, принцип иерархического подчинения, наличие устойчивых структур, на которых функционирует система.

Пять принципов Становления (нелинейность, неустойчивость, незамкнутость, динамическая иерархичность, наблюдаемость) характеризуют фазу трансформации, обновления системы, прохождение ею последовательно гибель старого порядка, хаоса испытаний альтернатив и, наконец, рождения нового порядка.

Основной метод синергетики, требующий учета взаимосвязи и взаимодействия состояний элементов сложноорганизованных систем на микроуровне и их параметров порядка на макроуровне, открывает широкие возможности для исследования подобных систем, встречающихся не только в физике и химии, но также в биологии и экологии, социально-экономических и гуманитарных науках.

Применение методов синергетики. Сходство и аналогия между механизмами самоорганизации систем различного уровня сложности свидетельствуют о возможности и перспективности применения принципов и методов синергетики на междисциплинарном уровне.

Поведение сложноорганизованных систем можно понять и описать с помощью параметров порядка, которые управляют их функционированием и поведением. Стоит лишь изменить некоторые из этих параметров или даже один, как система становится неустойчивой и приходит к качественно новому макросостоянию. В связи с этим становится возможным абстрагироваться от поведения отдельных элементов и частей системы на микроуровне. Хотя параметры порядка характеризуют результат взаимодействия элементов и частей системы на микроуровне, но именно они управляют их поведением на макроуровне. Ведь согласно принципу подчинения поведения элементов системы параметрам порядка становится возможным сосредоточиться на анализе именно этих параметров. Благодаря этому значительно упрощается исследование всей системы на макроуровне, поскольку параметров порядка существует немного, в то время как система может состоять из огромного числа элементов.

Этот подход синергетики делает ее эффективным инструментом исследования сложноорганизованных систем и открывает широкие перспективы для ее применения в различных науках, например, в социально-экономических и гуманитарных науках, которые занимаются исследованием сложноорганизованных систем наиболее высокого уровня. Отдельные ученые считают, что синергетика – это новый философский метод исследования, призванный сменить диалектику, принципы и законы которой слишком абстрактны, чтобы применять их к решению конкретных научных проблем.

Однако, как бы ни относиться к диалектике, она не может рассматриваться как частный метод синергетики или другого междисциплинарного исследования потому, что, диалектика представляет собой наиболее общий, философский метод познания, а синергетический метод, несмотря на его эффективность, является конкретным методом исследования сложноорганизованных систем, т.е. все-таки частным методом.

Междисциплинарные, как и общенаучные, методы исследования не исключают, а, напротив, предполагают конкретное исследование тех явлений, событий и процессов, к которым они применяются. А для этого необходимы конкретный анализ, построение, где это возможно, нелинейных математических моделей и их экспериментальная проверка конкретными фактами. Но это не такое простое дело, если принять во внимание, что с каждым уровнем сложности систем возрастают и те требования, которые предъявляются к открытым системам. Поэтому при исследовании систем возрастающей степени сложности для общих принципов и методов синергетики нужна более конкретная спецификация.

Контрольные вопросы:

1.Что такое кибернетика?

2. Что изучает синергетика?

3.назовите принципы синергетики?

4. Какова роль точки бифуркации в развитии систем?

Рекомендуемая литература:

1. Белкин П.Н. Концепции современного естествознания: Учебное пособие для вузов Россия Москва, Высшая школа, 2004 – 335 с. ISBN: 5-06-004505-6.

2. Крюков Р. В.; Р. В. Крюков Концепции современного естествознания. Пособие для подготовки к экзаменам. Москва, Приор-издат, 2005 - 176 с. ISBN: 5-9512-0491-7, 5-9030-4679-7.

Интернет ресурсы:

1. http://n-t.ru/tp/in/sts.htm - статьи о синергетике.

2. http://spkurdyumov.narod.ru/- сайт С.П. Курдюмова о синергетике.