Концепция современного естествознания

10. Что такое синергетика и каково ее значение для современной картины мира? Какие этапы можно выделить в развитии самоорганизующихся систем? Каково соотношение случайного и закономерного в концепции развития? Поясните понятия "хаоса", "бифуркации", "катастрофы". Опишите процессы самоорганизации мат

Около 50 лет назад в результате развития термодинамики возникла новая дисциплина - синергетика. Являясь наукой о самоорганизации самых различных систем - физических, химических, биологических и социальных - синергетика показывает возможность хотя бы частичного снятия междисциплинных барьеров не только внутри естественно научной отросли знания, но так же и между естественно научной и гуманитарной культурами. Слово "синергетика" и означает "совместное действие", подчеркивая согласованность функционирования частей, отражающихся в поведении системы как целого. То есть предлагаются базовые модели, новые понятия и методы, которые могут быть применены в данной ситуации, которые могут стать основой построения новой нелинейной познавательной парадигмы, а могут остаться находками в различных дисциплинах.

Дерзкая мысль о поиске аналогий и общих закономерностей преобразования структур в столь разнообразных по форме и различных по своей природе системах показалось весьма привлекательной профессору Хакену. Он назвал общие черты изучаемых синергетикой систем. Такие системы:

состоят из одинаковых или различных систем, взаимодействующих друг с другом;

нелинейные;

открытые и далеки от теплового равновесия;

подвержены внутренним и внешним колебаниям;

способны эволюционируя, утрачивать устойчивость и становиться нестабильными.

Любое синергетической исследование начинается с описания состояния системы, - иными словами ее параметров или переменных состояний. Их полный набор определяет состояние системы.

Говоря о состоянии системы, нельзя не упомянуть о случайных событиях. Они подразделяются на два типа: события остающиеся случайными при любом уровне знаний (например, невозможно предсказать, в какой момент времени произойдет распад радиоактивного атома) и события случайность которых связана с полнотой знаний, т.е. с уровнем описания (таковы флуктуации плотности в жидкостях, газах, твердых телах или флуктуации электрического тока в металлах и полупроводниках)

Случайность в обыденном смысле есть проявление хаоса. Это нечто непредвиденное, беспричинное, бессмысленное. В современной науке случайное превратилось в отвечающую всем научным стандартам, строго и полно определенную форму порядка. Создать работающие модели многих явлений удалось только после кардинального изменения подхода к случайному.

Путь развития сложной системы всегда неединственный. Можно вмешаться в нужный момент в ход событий и изменить его. Таким образом, будущее также, оказывается, имеет неединственный вариант. В данном случае ответ синергетики состоит в том, что во множестве случаев происходит самоорганизация, связанная с выделением так называемых параметров порядка.

Синергетика занимается изучением систем, состоящих из многих подсистем самой различной природы, таких, как электроны, атомы, молекулы, клетки, нейтроны, механические элементы, фотоны, органы, животные и даже люди. При выборе математического аппарата необходимо иметь в виду, что он должен быть применим к проблемам, с которыми сталкиваются физик, химик, биолог, электротехник и инженер механик. Не менее безотказно он должен действовать и в области экономики, экологии и социологии. Во всех этих случаях нам придется рассматривать системы, состоящие из очень большого числа подсистем, относительно которых мы можем не располагать всей полной информацией. Для описания таких систем не редко используют подходы, основанные на термодинамики и теории информации.

Во всех системах, представляющих интерес для синергетики, решающую роль играет динамика. Как и какие макроскопические состояния образуются, определяются скоростью роста (или распада) коллективных "мод". Можно сказать, что в определенном смысле мы приходим к своего рода обобщенному дарвинизму, действие которого распознается не только на органический, но и на неорганический мир: возникновение макроскопических структур обусловленных рождением коллективных мод под воздействием флуктуаций, их конкуренцией и, наконец, отбором "наиболее приспособленной" моды или комбинации таких мод. Ясно, что решающую роль играет параметр "время". Следовательно, мы должны исследовать эволюцию систем во времени. Именно поэтому интересующие нас уравнения иногда называют "эволюционными".

Хаос - неупорядоченно, неструктурированное состояние системы. Катастрофа - резкое разрушение системы в результате роста энтропии и хаоса.

Бифуркация в широком понимании - приобретении нового качества движениями динамической системы при малом изменении ее параметров (возникновение при некотором критическом значении параметра нового решения уравнений). Отметим, что при бифуркации выбор следующего состояния носит сугубо случайный характер, так что переход от одного необходимого устойчивого состояния к другому необходимому устойчивому состоянию проходит через случайное (диалектика необходимого и случайного). Любое описание системы, претерпевающей бифуркацию, включает как детерминистический, так и вероятностный элементы, от бифуркации до бифуркации поведении системы детерминировано, а в окрестности точек бифуркации выбор последующего пути случаен. Проводя аналогию с биологической эволюцией можно сказать, что мутации - это флуктуации, а поиск новой устойчивости играет роль естественного отбора. Бифуркация в некотором смысле вводит в физику и химию элемент историзма - анализ состояния, например, подразумевает знание истории системы, прошедшей бифуркацию.

Список литературы

Пахустов Б.К. Концепции современного естествознания: УМК. - Новосибирск: СибАГС, 2001.

Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебник. - Новосибирск: ЮКЭА, 1997.

Дубнищева Т.Я. Концепции Современного естествознания. Основной курс в вопросах и ответах - Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2003.