Самоорганизация: синергетический подход

Автор: Пользователь скрыл имя, 16 Мая 2012 в 19:24, курсовая работа

Описание работы

Синергетика – современная теория самоорганизующихся систем, основанная на принципах целостности мира, общности закономерностей развития всех уровней материальной и духовной организации; нелинейности (многовариантности, альтернативности) и необратимости, глубинной взаимосвязи хаоса и порядка, случайности и необходимости.
Почему целое может обладать свойствами, которыми не обладает ни одна из его частей? В чем человек видит сложность окружающего его мира? Почему, зная фундаментальные физические законы, мы не можем предсказывать поведение простейших биологических объектов? Как согласовать следующую из классиче

Содержание

Введение
Глава 1. Роль и место синергетики в современной науке.
Глава 2. Самоорганизация: синергетический подход.
2.1. Понятие и методологическая сущность синергетики.
2.2. Синергетическая концепция самоорганизации.
Глава 3. Синергетический подход как новая управленческая парадигма.
Заключение.
Литература.

Работа содержит 1 файл

основа то1.doc

— 198.50 Кб (Скачать)

В термодинамику было введено понятие энтропии, под которой понимается мера беспорядка системы. Более точная формулировка второго начала термодинамики приняла такой вид: при самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает. Максимальная энтропия означает полное термодинамическое равновесие, что эквивалентно хаосу (чем больше степень энтропии в системе, тем меньше степень порядка).

Единственным «укором» термодинамике служила дарвиновская теория эволюции, согласно которой процесс развития растительного и животного мира характеризуется непрерывным усложнением, нарастанием высоты организации и порядка. Живая природа стремится прочь от термодинамического равновесия и хаоса.

Так обнаружилась «нестыковка» законов развития живой и неживой природы. Стало ясно, что для сохранения непротиворечивости общей картины мира необходимо постулировать наличие у материи в целом не только разрушительной, но и созидательной тенденции. Материя способна осуществлять работу и против термодинамического равновесия, самоорганизовываться и самоусложняться.

Постулат о способности материи к саморазвитию был введен в философию в античные времена, тогда как его необходимость в фундаментальных естественных науках стала осознаваться лишь в последнее время. Таким образом, сформировались предпосылки для возникновения теории самоорганизации.

Понятие самоорганизации находится в центре современных представлений об эволюционных процессах. И. Пригожий одним из первых установил, что системы, предоставленные сами себе, могут уменьшать энтропию вопреки всем ранее известным представлениям. Ю. Антоногов писал, что в природе есть закон, отражающий антиэнтропийное движение и, вероятно, возможен еще один закон перехода вещества в организацию.

Теперь все шире признается, что самоорганизация – фундаментальный процесс природы. Установлено, что существуют взаимосвязанные и взаимообусловленные материальные объекты с равновесной и неравновесной структурной организацией вещества. Одни из них образуются в ходе процесса, стремящегося к равновесию, другие – в ходе процесса, стремящегося к неравновесию. Главной особенностью процесса самоорганизации является его антиэнтропийная направленность.

Термин «самоорганизация» стал применяться для обозначения естественных антиэнтропийных процессов упорядочения, имеющих иную природу, чем процесс равновесной организации (например, кристаллизации), хотя долгое время считалось, что нарушения второго закона термодинамики возможны лишь при сознательном вмешательстве человека.

Приставка «само-» подчеркивает как имманентные причины явления, так и существование различий в природе неравновесного и равновесного упорядочения, связанных с активной или пассивной их ролью в становлении соответствующего порядка (самоорганизация – активное упорядочивание).

Различать самоорганизацию и организацию при анализе сложных явлений можно только на основе различия их сущности. Самоорганизация предполагает естественное изменение состояния.

В идеях И. Пригожина, развитых Г. Хакеном в синергетику, рассматривается так называемая когерентная самоорганизация. Ее механизм связан с кооперативным взаимодействием множества однородных компонентов, приводящим к синхронизации внутренних процессов и их когерентному поведению. Такой механизм Г. Хакен назвал синергетическим (от греческого synergia – совместное кооперативное действие). Термин «синергетика» введен Г. Хакеном для обозначения междисциплинарного направления, предоставляющего благодаря результатам исследований в области теории лазеров и неравновесных фазовых переходов идейную основу для плодотворного сотрудничества исследователей в различных областях. Синергетика, по Г. Хакену, занимается изучением систем, состоящих из большого числа частей и сложным образом взаимодействующих между собой. У Г. Хакена в этом отношении были предшественники: Ч. Шеррингтон, И. Забуский и др. Но они говорили лишь о частных примерах синергетических процессов.

Некоторые авторитетные авторы высказываются о синергетике как о новой научной парадигме. Под парадигмой в философии науки понимают определенную совокупность общепринятых в научном сообществе идей и методов (образцов) научного исследования. Синергетику как новую парадигму можно кратко охарактеризовать тремя ключевыми идеями: нелинейность, самоорганизация, открытые системы.

В отношении самоорганизации Г. Хакен писал: «Полезно иметь какое-нибудь подходящее определение самоорганизации. Мы называем систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную и функциональную структуру. Под специфическим воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру или функционирование. В случае же самоорганизации система испытывает неспецифическое воздействие. Например, жидкость, подогреваемая снизу, совершенно равномерно обретает в результате самоорганизации макроструктуру, образуя шестиугольные ячейки».

В настоящее время общепризнанным можно считать представление о самоорганизации как о спонтанном переходе открытой неравновесной системы от менее сложных и упорядоченных форм организации к более сложным.

С точки зрения теории динамического хаоса феномен самоорганизации можно рассматривать в виде рождения структуры из хаоса структур. Система, в которой стохастичность траекторий есть следствие внутренних взаимодействий, а не случайных внешних воздействий, называется динамическим хаосом – движение частиц рассматривается как случайное.

Обобщая вышеизложенное, можно отметить, что синергетика (от греческого synergetikos – совместный, согласованно действующий) – научное направление, изучающее процессы образования и коллективных взаимодействий объектов (элементов, подсистем):

                   происходящие в открытых системах при неравновесных условиях;

                   сопровождающиеся интенсивным обменом веществом и энергией подсистем с системой и системы с окружающей средой;

                   характеризуемые самопроизвольностью (отсутствием жесткой детерминации извне) поведения объектов (подсистем), сочетающейся с их взаимоСОдействием;

                   имеющие результатом упорядочение, самоорганизацию, уменьшение энтропии, а также эволюцию систем.

 

2.2. Синергетическая концепция  самоорганизации.

Обобщение результатов, полученных специалистами в связи с исследованиями по синергетике, позволяет определить синергетическую концепцию самоорганизации в виде следующих положений.

              1. Объектами исследования являются открытые системы в неравновесном состоянии, характеризующиеся интенсивным обменом веществом и энергией между подсистемами, а также между системой и ее окружением.

              2. Различаются процессы организации и самоорганизации. Их общий признак – возрастание порядка, обусловленное протеканием  процессов, противоположных установлению термодинамического равновесия, независимо от влияния взаимодействующих элементов внешней среды. Организация в отличие от самоорганизации может характеризоваться, например, образованием однородных стабильных статических структур.

              3. Результатом самоорганизации становятся возникновение, взаимодействие, а также взаимное содействие (например, кооперация) более сложных в информационном смысле объектов, чем элементы внешней среды, из которых они возникают. Система и ее составляющие являются динамическими образованиями.

              4. Направленность процессов самоорганизации обусловлена внутренними свойствами подсистем в их индивидуальном и коллективном проявлении, а также воздействиями со стороны среды, в которую «погружена» система.

              5. Поведение подсистем и системы в целом существенным образом характеризуется спонтанностью – акты поведения не являются строго детерминированными.

              6. Процессы самоорганизации происходят в среде наряду с другими процессами, в частности, имеющими противоположную направленность и способными в отдельные фазы существования системы как преобладать над процессами самоорганизации, так и уступать им. При этом система в целом может характеризоваться устойчивой тенденцией, колебаниями к эволюции либо к деградации и распаду.

Синергетика основана на идеях целостности мира и научного знания о нем, общности закономерностей развития объектов всех уровней материальной и духовной организации, нелинейности (многовариантности и необратимости), глубинной взаимосвязи хаоса и порядка (случайности и необходимости). Синергетика дает нам новый образ мира, который сложно организован и открыт, т. е. является не ставшим, а становящимся, не просто существующим, а непрерывно возникающим, эволюционирующим по нелинейным законам. Последнее означает, что этот мир полон неожиданных поворотов, связанных с выбором путей дальнейшего развития.

Синергетика заставляет нас по-новому осмыслить то, что составляет сокровищницу древней мудрости, прежде всего мудрости Древнего Востока. От Востока синергетика воспринимает и развивает идею целостности общего закона, единого пути, которому следуют и мир в целом, и человек в нем. А от Запада она берет традиции анализа, опору на эксперимент, общезначимость научных выводов, их транслируемость (от одной школы в науке к другой, от науки к обществу в целом) через научные тексты, особый математический аппарат.

Синергетика изучает открытые (обменивающиеся веществом и энергией с внешним миром, имеющие источники и стоки энергии) нелинейные (описываемые нелинейными уравнениями) системы. Предмет синергетики – механизмы самоорганизации, т. е. механизмы самопроизвольного возникновения, относительно устойчивого существования и саморазрушения макроскопических упорядоченных структур, характеризующих такого рода системы. Эти механизмы присущи и миру природных (живых и неживых), и миру человеческих, социальных процессов. Поэтому синергетику развивают представители самых разных дисциплинарных областей (физики, биологии, химии, математики). Г. Хакен подчеркивал, что назвал новую дисциплину синергетикой не только потому, что она исследует совместное действие многих элементов систем, но и потому, что для нахождения общих принципов, управляющих самоорганизацией, необходимо кооперирование различных дисциплин.

Синергетика – это интенсивно развиваемое направление, а не сложившаяся наука. Синергетика имеет собственный язык. Это язык таких понятий, как «аттракторы» и «бифуркации», «фракталы» и «детерминированный хаос». Понятие аттрактора близко понятию цели. Последнее можно раскрыть в широком смысле как направленность поведения нелинейной системы, «конечное состояние» (конечное относительно, завершающее некоторый этап эволюции) системы. Под аттрактором в синергетике понимают относительно устойчивое состояние системы, которое как бы притягивает (от латинского attrahere – притягивать) к себе множество «траекторий» системы, определяемых разными начальными условиями. Если система попадает в конус аттрактора, она неизбежно эволюционирует к этому относительно устойчивому состоянию (структуре).

На уровне математического описания бифуркация означает ветвление решений нелинейного дифференциального уравнения. Физический смысл бифуркации: точка бифуркации – точка ветвления путей эволюции системы. Иными словами, нелинейная система «таит в себе» бифуркации.

Фракталами называются объекты, обладающие свойством самоподобия. Это означает, что малый фрагмент структуры такого объекта подобен другому, более крупному фрагменту или даже структуре в целом. Свойство фрактальности имеет аналоги в глубинах философской мысли, а именно в философских представлениях о монадности элементов мира. Каждая монада, по Лейбницу, отражает, как в зеркале, свойства мира в целом. Этот же образ присутствует в восточном принципе мироощущения – «все в одном и одно во всем». Типичные фрактальные объекты – облака или береговая линия моря (реки); их рисунок сходен и повторяется в различных масштабах.

Синергетика рассматривает случайность, играющую особую роль в процессах самоорганизации, как элемент мира. Случайности на языке синергетики называются флуктуациями. Случайность – творческое, конструктивное начало; она способна играть роль механизма, выводящего систему на аттрактор, на одну из собственных структур среды, на внутреннюю тенденцию ее организации. Нелинейная среда начинает сама себя выстраивать, организовывать, но необходим хаос для инициирования, начального спускового механизма этого процесса.

А. Богданов еще в начале XX в. высказал мысль о существовании фундаментального закона сохранения организации – ее видоизменения, преобразования, но не исчезновения. Форма изменчива, но не разрушаема до конца. А. Лоскутов также писал о том, что знания закономерностей поведения хаотических сред позволяют перейти к целенаправленному конструированию искусственных систем, в которых процессы самоорганизации приводили бы к образованию необходимых структур.

Десятилетиями изучаются законы аэродинамики, поднимаются в небо тысячи типов летательных аппаратов. Но известно, что майский жук, который, по определенным законам, летать не должен, тем не менее, летает, причем его полет куда более экономичен, чем полет любого из наших устройств.

Природа рациональна и гармонична, и эта гармоничность достигнута за счет точнейшей подгонки систем и уровней организации: перераспределение энергии между молекулами воздуха порождает мощнейшие ураганы, несколько квантов солнечного света, поглощенные зерном хлорофилла, порождают все необходимое для существования живого.

Необходимо осознать, что создаваемые искусственные системы являются частью общего мира и, следовательно, в них должны в максимальной степени учитываться и общие процессы самоорганизации.

Информация о работе Самоорганизация: синергетический подход