Основные определения. Системно-синергетический подход в исследовании сложных естественных систем

Системно-синергетический подход в исследовании сложных естественных систем

Синергетика - наука, изучающая процессы самоорганизации, возникновения, поддержания устойчивости и распада структур самой различной природы. Это междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации систем, имеющих сложную иерархическую структуру.

- САМООРГАНИЗАЦИЯ — процесс упорядочения в системе элементов и связей за счёт внутренних факторов, без внешнего специфического воздействия.

- СИНЕРГИЯ, синергический эффект (от греч. synergós — вместе действующий) — возрастание эффективности функционирования совокупности отдельных устройств при их соединении в единое целое за счет так называемого системного эффекта, эмерджентности.

- ЭМЕРДЖЕНТНОСТЬ (англ. emergence — возникновение, появление нового) в теории систем — наличие у какой-либо системы особых свойств, не присущих её подсистемам и блокам, а также сумме элементов, не связанных особыми системообразующими связями; несводимость свойств системы к сумме свойств её компонентов; синоним — «системный эффект».

- ГОМЕОСТАЗ — саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия без внешнего воздействия.

- ФРАКТАЛ (лат.. fractus — дробленый, сломанный, разбитый) — сложная геометрическая фигура, обладающая свойством самоподобия, то есть составленная из нескольких частей, каждая из которых подобна всей фигуре целиком. В более широком смысле под фракталами понимают множества точек в евклидовом пространстве, имеющие дробную метрическую размерность (в смысле Минковского или Хаусдорфа), либо метрическую размерность, строго большую топологической.

- ТОЧКА БИФУРКАЦИИ — критическое состояние системы, при котором система становится неустойчивой относительно флуктуаций и возникает неопределенность: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более дифференцированный и высокий уровень упорядоченности.

ФИЛОСОФИЯ

КИБЕРНЕТИКА

ТЕОРИЯ СИСТЕМ

С И Н Е Р Г Е Т И К А

Теория динамического хаоса

Теория фракталов

Теория катастроф

Лингвистическая синергетика

Теория детерминированного хаоса

Рис. 2.35. Обобщенная схема формирования и развития синергетики

Здесь показано, что в основе процесса формирования лежат научные результаты, полученные в рамках философии, кибернетики и теории систем. Причем синергетика как наука унаследовала универсальный и интегральный характер развития теоретико-методологических основ кибернетики. В настоящее время методология синергетики разрабатывается по нескольким направлениям:

ü созданию и развитию теории динамического хаоса (исследования процессов турбулентности);

ü созданию и развитию теоретических основ детерминированного хаоса, которые исследуют хаотические явления, возникающие в результате детерминированных процессов, т.е. в отсутствие случайных шумов;

ü созданию и развитию теории фракталов, которая изучает сложные самоподобные структуры, часто возникающих в результате самоорганизации;

ü созданию и развитию теории катастроф, методы которой направлены на исследование поведения (функционирования) самоорганизующихся систем в терминах бифуркации, аттрактора, неустойчивости;

ü созданию и развитию лингвистической синергетики и прогностики.

По аналогии с кибернетическим подходом выделяют системно-синергетический подход в исследовании сложных систем. В настоящее время сформировались следующие принципы системно-синергетического подхода:

ü наука имеет дело с системами разных уровней организации, связь между ними осуществляется через хаос;

ü при объединении систем в метасистему она приобретает новые свойства, отсутствующие в исходных системах;

ü общее для всех систем: спонтанное образование, изменения на макроскопическом уровне, возникновение новых качеств, этап самоорганизации;

ü при переходе от неупорядоченного состояния к состоянию порядка все системы ведут себя одинаково;

ü неравновесность в системе является источником появления новой организации (порядка);

ü системы всегда открыты и обмениваются энергией с внешней средой;

ü процессы локальной упорядоченности совершаются за счет притока энергии извне;

ü в сильно неравновесных условиях системы начинают воспринимать те факторы, которые они бы не восприняли в более равновесном состоянии;

ü в неравновесных условиях независимость элементов уступает место корпоративному поведению;

ü вдали от равновесия согласованность поведения элементов возрастает;

ü в условиях, далеких от равновесия, в системах действуют бифуркационные механизмы – наличие точек раздвоения продолжения развития;

ü варианты развития системы практически непредсказуемы.

Основными признаками использования системно-синергетического подхода для исследования процессов самоорганизации являются:

ü сложность и открытость систем;

ü равновесие (не равновесие) открытой системы, где ее энтропия максимальна (минимальна);

ü возникновение нового порядка и усложнение системы за счет флуктуаций (случайных отклонений) состояний их элементов и подсистем;

ü наличие положительных обратных связей, которые преобладают над отрицательными обратными связями;

ü изменение структуры сложной системы и нарушение ее симметрии.

Одним из основателей синергетики считается Бенуа Мандельбройт (рис.2.36), племянник Шелома Мандельбройта, участника проекта «Николя Бурбаки», попросивший Н.Винера исследовать броуновское движение, после чего он пришел к понятию «кибернетика».

Б. Мандельбройт, 1924 – 2010 г.г.  

Множество (фрактал) Б. Мандельбройт

Рис.2.36. Французский и американский математик, создатель фрактальной геометрии. Лауреат премии Вольфа по физике, 1993 г.

Из определения термина «синергетика» (см. п.1.5) следует, что объектом исследования этой науки является процесс самоорганизации систем, который по своей сути значительно шире и масштабней объекта исследования кибернетики - процесса принятия решений и обладает более высоким уровнем абстрактного представления. Кроме того, формирующаяся теоретико-методологическая база синергетики изучает Всеобщие и общие законы развития природы (см. п.2.3, рис.2.11). Приведенные факты и результаты четвертой научной революции (см. п.1.5) позволяют утверждать, что в конце ХХ в. начался процесс создания нового научного мировоззрения на развитие природы и материи, что можно считать началом формирования новой парадигмы методологии науки в целом. Формально этот процесс проиллюстрирован на рис. 2.37. Детализируем его и представим развитие во времени методологии науки четырьмя основными составляющими – методологиями духовных, естественных, общественных и технических наук (см.рис 2.38).

Эволюционно-революционный процесс развития методологии науки

ИМН - интегрированная методология наук

XVII в. XVIII в. XIX в. XX в. XXI в.

ИМН

Методология науки (МН)

Старая методологическая парадигма

Новая методологическая парадигма

t

Рис. 2.37. Обобщенная схема смены старой методологической парадигмы

на новую, интегрированную парадигму методологии наук

Методология духовных наук

Эволюционно-революционный процесс развития методологии науки

XVII в. XVIII в. XIX в. XX в. XXI в.

  ИМН

Методология естественных наук

Старая методологическая парадигма

Новая методологич. парадигма

t

Методология общественных наук

Методология технических наук

Рис. 2.38. Иллюстрация развития методологий наук и особенности

их интеграции

Черный папоротник

Треугольник Серпинского

Треугольник Паскаля

Губка Менгера (ковер Серпинского в кубе)

Снежинка Коха

Дата добавления: 2014-01-20