Основные принципы и законы синергетики

СОДЕРЖАНИЕ 
 
 

1. Основные принципы и законы синергетики…….………………………………………2 

2.Характеристика современного антидарвинизма………………………………………...9  

3.Задача………………………………………………………………..……………………….21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Основные  принципы и законы синергетики.

    Теория самоорганизации имеет давние истоки. Возможно, первым сформулированным принципом этой теории является принцип древнекитайской философии «ли» - принцип естественного порядка. Тысячелетнюю историю имеет идея о синергии Бога и человека.

  Классическая  термодинамика XIX в. изучала механическое  действие теплоты, причём предметом  её исследований были закрытые  системы, стремящиеся к состоянию  равновесия. Термодинамика ХХ в.  изучает открытые системы в  состояниях, далёких от равновесия. Это направление и получило название синергетики (от «синергия» - сотрудничество, совместное действие).

 Синергетика  возникла в 60-70 гг. ХХ в., но до  сих пор её нельзя считать  сложившейся наукой.

Синергетика—это наука о самоорганизации. Синергетика  сформулировала принцип самодвижения в неживой природе, создания более сложных систем из более простых. С синергетикой в физику проник эволюционный подход, и наука приходит  к пониманию творения как создания нового. Синергетика ввела случайность на макроскопический уровень, подтвердив тем самым выводы механики для микроскопического уровня. Синергетика подтвердила вывод теории относительности о взаимопревращении вещества и энергии и объясняет образование веществ. Она пытается ответить на вопрос, как образовались все те макросистемы, у которых мы живём.

С точки  зрения синергетики энергия как  бы застывает в виде кристаллов, превращаясь из кинетической в потенциальную. Вещество – это застывшая энергия. Энергия – понятие, характеризующее  способность производить работу, и не только механическую, но и работу по созиданию новых структур. Энтропия – это форма выражения количества связанной энергии, которую имеет вещество. Энергия – творец, энтропия – мера творчества, она характеризует результат.

В XIX в. Ч.Дарвином была создана теория эволюции живой природы, которая выявила условия и механизмы возникновения новых видов жизни. Синергетика делает тоже самое в отношении неживых уровней организации материи – элементарных частиц и т.д.

Синергетика отвечает на вопрос, за счёт чего происходит эволюция в природе. Везде, где создаются новые структуры, необходим приток энергии и обмен со средой. Для описания процессов самоорганизации уже нельзя пользоваться представлениями линейной термодинамики необратимых процессов.

Синергетический подход не вскрывает внутреннего механизма, не показывает, как связаны между собой макроскопические параметры порядка и характеристики явлений на микроуровне.

   Синергетику часто связывают  с именами Г. Хакена и И.  Пригожина, называя их основоположниками  синергетики.

    Хакен дал такое определение  синергетике: это спонтанное образование  высокоупорядоченных структур из  зародышей или даже из хаоса,  спонтанный переход от неупорядоченного  состояния к упорядоченному за  счёт совместного, синхронного  действия многих подсистем. Для самоорганизующихся систем непременным атрибутами являются сложное движение, описываемое нелинейными уравнениями, и пороговый характер возникновения. Хаотичное состояние содержит в себе неопределённость – вероятность и случайность, которые описываются при помощи понятий информации и энтропии. Случайное событие вызывает неустойчивость, а неустойчивость служит толком для возникновения новых конфигураций (мод). Зародышем самоорганизации служит вероятность; упорядоченность возникает через флуктуации, устойчивость – через неустойчивость.

    Синергетика изучает системы,  состоящие из огромного множества  взаимодействующих частиц. Эта наука  изучает общие принципы, лежащие в основе всех явлений самоорганизации. Под синергетикой понимают теорию самоорганизации в сложных, открытых, неравновесных и нелинейных системах любой природы. Это новая наука, занимающаяся изучением возникновения, поддержания, устойчивости и распада самоорганизующихся структур, кооперативных эффектов в них.

    Основы этой науки были заложены применительно к физической химии профессором Свободного университета в Брюсселе Ильей Романовичем Пригожиным, награжденным за полученные им результаты Нобелевской премией. Он назвал эту науку наукой о самоорганизации, или наукой о сложном. Позже немецкий физик Г.Хакен успешно применил те же принципы к исследованию явлений в квантовых генераторах и предложил ныне широко используемое название «синергетика».

    Важным понятием теории самоорганизации (синергетики) является критическая размерность пространства, в котором существует рассматриваемая система.

    Одна из целей науки — это  прогнозирование развития событий.  Синергетика приближается к тому, чтобы понять механизмы самоорганизации  сложных нелинейных систем и  их балансирования на краю  хаоса. Строит новое мировидение. Это наука о процессах развития и самоорганизации сложных систем произвольной природы. Её язык и методы во многом опираются на математику и точное естествознание, изучает эволюцию сложных систем.

    Синергетика- это междисциплинарная исследовательская область, которая имеет дело с системами, состоящих из многих подсистем. Фокусирует своё внимание на ситуациях, в которых развиваются новые структуры.

Итак, весь процесс эволюции системы – процесс  самоорганизации. Мир всё время  меняется. Мы не можем утверждать, что процесс самоорганизации направлен на достижение состояния равновесия (под которым понимается абсолютный хаос), у нас нет для этого опытных оснований, гораздо больше данных для утверждения обратного - мир непрерывно развивается, и в этом изменении просматривается определённая направленность, отличная от стремления к равновесию. В процессе самоорганизации происходит непрерывное разрушение старых и возникновение новых структур, новых форм организации материи, обладающих новыми свойствами.

   В. А. Копцик, дает такое определение  этой науки: "Синергетика представляет  собой современную теорию эволюции  больших, сверхсложных, открытых, термодинамических  неравновесных, нелинейных динамических  систем, обладающих обратной связью  и существующих лишь в условиях постоянного обмена веществом, энергией и информацией с внешней средой. К таким системам относятся: Вселенная, саморазвивающаяся природа, человеческое общество как ее (жизни) высшая форма и продукт создаваемой им самим (человечеством) материальной и духовной культуры. В этом списке находятся и бесконечно разнообразные подсистемы названных систем, характеризующиеся (на своих уровнях) синергетическими признаками". ( Такими как гомеостатичность, иерархичность, нелинейность, незамкнутость (открытость), неустойчивость, динамическая иерархичность, наблюдательность).

Важнейшим из вариантов синергетики можно  считать неравновесную термодинамику. Синергетическими по существу теориями являются математическая теория бифуркаций, теория хаоса, теория нелинейных колебаний и волн, нелинейная динамика, теория фазовых переходов и некоторые другие.

Синергетика прогрессирует вместе с математическим аппаратом описания нелинейных и неустойчивых систем и соответствующими вычислительными методами. Эти методы опираются на использование компьютерного моделирования, поэтому синергетика могла возникнуть и развиваться только в эпоху мощной компьютерной техники. Можно сказать, что синергетика на современном этапе ее развития — это совокупность общих идей о принципах самоорганизации и вместе с тем сумма общих математических методов для ее описания. На основе общих положений синергетики можно осмысливать ход исторического в исторических катаклизмах.

В открытых системах можно менять потоки энергии  и вещества и тем самым регулировать образование диссипативных структур. При неравновесных процессах, начиная с какого-то критического для данной системы значения внешнего потока, из неупорядоченных и хаотических состояний за счёт потери их неустойчивости могут возникнуть упорядоченные состояния. Упорядоченность может быть временная, пространственная и пространственно-временная.

Классическим  примером возникновения структуры  является конвективная ячейка Бенара. В 1990 г. появилась статья Х.Бенара с  фотографией возникшей структуры, которая напоминала пчелиные соты. Он наблюдал её в ртути, налитой в широкий сосуд, подогреваемый снизу. Слой ртути после того, как градиент температуры достиг некоего критического значения, распадался на одинаковые шестигранные призмы с определённым соотношением между стороной и высотой. В центральной части такой призмы жидкость поднималась наверх, а по граням – опускалась. По поверхности жидкость растекалась от центра к краям, а в придонном слое – к центру. Начиная с критического значения разницы температур, возникли устойчивые структуры, названные ячейками Бенара. Температурный градиент в данном случае называют инверсным, т.к. жидкость у нижней поверхности из-за теплового расширения имеет меньшую плотность, чем вблизи верхней. Из-за силы тяжести и выталкивающей архимедовой силы система оказывается неустойчивой, слои «хотят» поменяться местами. При меньшей разнице температур между поверхностями из-за вязкости движения жидкости не возникало, тепло распространялось лишь путём теплопроводности.

Хакен выделил коллективные процессы во всех самоорганизующихся системах: коллективно самоорганизуются молекулы в узлах кристаллической решётки, коллективно выстраиваются элементарные магнитные моменты (спины) в ферромагнетике, коллективно и согласованно самоорганизуются вихри внутри жидкости, порождая видимую на макроскопическом уровне структуру. Итак, кооперативность – общая черта процессов самоорганизации.

Для самоорганизующихся систем непременными атрибутами являются сложное движение, описываемое нелинейными  уравнениями, и пороговый характер возникновения.

Синергетика достаточно полно раскрывается понятиями  «неравновесность», «сложность», «нелинейность», «беспорядок». Неравновесность встречается  как в замкнутых, так и в  открытых системах: в замкнутых –  за счёт начальных условий, в открытых – за счёт потоков энергии  и вещества через границы системы из окружающей среды. Сложность в природе включает в себя как сложные системы, так и их сложное поведение. Сложность может быть физико-химической, биологической, алгоритмической и проявляться на различных условиях организации природы – космическом, планетарном, молекулярном и т.п.

Большое значение в настоящее время приобрело  исследование хаоса и беспорядка. Беспорядок – это не только хаос, но также и нарушенный порядок. Имеются различные типы порядка (ячеистый, топологический, континуальный) и многочисленные конкретные модели беспорядка в рамках этих типов. Среди последних можно отметить беспорядок замещения, магнитный беспорядок, «ледовый» беспорядок, а так же более общие модели беспорядков, нарушающие соответственно модели ближнего  и дальнего беспорядков.

Законы синергетики.

         Процессы самоорганизации следуют  определённым правилам, законам.  К числу таких законов относятся,  прежде всего, законы сохранения  и 2-е начало термодинамики (да и другие законы тоже). Таким образом, среди мыслимо допустимых процессов в неживой природе существуют (наблюдаемы, или доступны наблюдению) лишь определённые классы движений, подчиняющиеся определённым правилам. Подобные же правила существуют в природе и обществе. Вот эти правила и называют принципами отбора. Иными словами, принципы отбора - это те же самые законы физики, химии, биологии, законы общественного развития, которые из мыслимо допустимых движений "отбирают" те, которые мы и наблюдаем.

    Законы синергетики обеспечивают  гармоничность и согласованность  существования мира косного и  мира живого.

    1. Всякая целостность существующая  в настоящем, содержит в себе  прошлое и элементы будущего;

    2. Любая целостность представлена в виде пространства (физического, газового, информационного и пр.), существует во времени, имеет свой способ локализации, консервации.