Характеристики самоорганизующихся систем

От моделирования простых систем к моделированию сложных

Классическое и неклассическое естествознание объединяет одна общая черта: их предмет познания — это простые (замкнутые, изолированные, обратимые во времени) системы.

В 70-е гг. XX в. начала активно развиваться теория сложных самоорганизующихся систем. Результаты исследований в области нелинейного (порядка выше второго) математического моделирования сложных открытых систем привели к рождению нового мощного научного направления в современном естествознании — синергетики. Как и кибернетика, синергетика — это некоторый междисциплинарный подход. В отличие от кибернетики, где акцент делается на процессах управления и обмена информацией, синергетика ориентирована на исследование принципов построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения.

Мир нелинейных самоорганизующихся систем гораздо богаче, чем закрытых, линейных систем. Вместе с тем “нелинейный мир” сложнее моделировать. Как правило, для (приближенного) решения большинства возникающих нелинейных уравнений требуется сочетание современных аналитических методов с вычислительными экспериментами. Синергетика открывает для точного, количественного, математического исследования такие стороны мира, как его нестабильность, многообразие путей изменения и развития, раскрывает условия существования и устойчивого развития сложных структур, позволяет моделировать катастрофические ситуации и т.п.

Методами синергетики было осуществлено моделирование многих сложных самоорганизующихся систем: от морфогенеза в биологии и некоторых аспектов функционирования мозга до флаттера крыла самолета, от молекулярной физики и автоколебательных процессов в химии до эволюции звезд и космологических процессов, от электронных приборов до формирования общественного мнения и демографических процессов. Основной вопрос синергетики — существуют ли общие закономерности, управляющие возникновением (амоорганизующихся систем, их структур и функций.

Итак, предметом синергетики являются сложные самоорганизующиеся системы. Один из основоположников синергетики Г. Хакен определяет понятие самоорганизующейся системы следующим образом: “Мы называем систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную или функциональную структуру. Под специфическим внешним воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру или функционирование. В случае же самоорганизующихся систем испытывается извне неспецифическое воздействие. Например, жидкость, подогреваемая снизу, совершенно равномерно обретает в результате самоорганизации макроструктуру, образуя шестиугольные ячейки”¹. Таким образом, современное естествознание ищет пути теоретического моделирования самых сложных систем, которые присущи природе, — систем, способных к самоорганизации, саморазвитию.

Основные свойства самоорганизующихся систем — открытость, нелинейность, диссипативность. Теория самоорганизации имеет дело с открытыми, нелинейными диссипативными системами, далекими от равновесия.

Синергетика як сучасне світобачення

.

Синергетика - нова міждисциплінарна область знання. Це теорія самоорганізації. Вона орієнтована на пошук універсальних зразків - еволюції і самоорганізації складних систем.

Це теорія розроблена І.Р. Пригожиним і його колегами в рамках брюссельської школи.

В основних поняттях синергетики відображена спільність процесів зародження, ускладнення, видозміни і тенденцій до розпаду струк-тур в самих різних областях дійсності. До дефініціям синергетики відносяться категорії системи, диссипации, структури, можливості, нелінійності, нерівноважності, нестійкості, відкритості, хаосу, біфуркації та ін

Наочними моделями, які претендують на розкриття парадоксів синергетики, на думку деяких авторів, є математичні закономірності процесів горіння і теплопровідності. Давно помічено, що горіння, вогонь - символи самообновляющиеся і саморегульованого початку в універсумі. Вже в пам'ятнику староіндійської культури, у Ведах, багато гімни присвячені Агні - богу вогню; образ вогню є центральним у буддизмі. У філософії Геракліта ідея вогню, рівномірно займистих і рівномірно згасаючого, теж відповідає ідеям синергетики. Наочною ілюстрацією синергетичних ідей може виступати образ вихору, в ньому також закладено породжує початок.

Складна система являє собою суперечливу єдність безлічі узгоджено діючих елементів, з'єднаних в певну структуру, що виконують певні функції. Такими складними системами рясніє біологія. Організм тварин, людини складається з величезної кількості узгоджено взаємодіючих клітин. Тут відбуваються багато тисяч метаболічних процесів.

Синергетика розглядає відкриті, нелінійні, відносно стійкі системи (системи - атрактори), здатні до самоорганізації. Відкритість системи означає наявність у ній джерел і каналів обміну речовиною, енергією з навколишнім середовищем. Процес обміну відбувається не тільки з зовнішнім середовищем, але і в кожній точці даної системи між її елементами. Такою системою, наприклад, є кора головного мозку, пронизана кровоносними судинами, що живлять її.

Не всяка відкрита система самоорганізується, перебудовує структури. Все залежить від боротьби двох начал: початку, що створює структури, і почала рассеивающего. Якщо рассеивающее початок при створенні системи пересилює, то структури не виникають. Однак роль розсіювання, так званої диссипации, слід розглядати як фактор усунення зайвого в системі, як елемент саморозвитку світу.

Найважливішою категорією синергетики є хаос, що відображає незалежність елементів світу, ступінь їх свободи, стохастичность. Хаос в синергетики виступає як творить початку, конструктивного механізму еволюції, він є засіб об'єднання, ускладнення і гармонізації розвитку складної структури.

Поняття нелінійності є концептуальним моментом у новій теорії. Концепція нелінійності виражається в ідеї багатоваріантності розвитку, альтернативності його шляхів, в ідеї темпу, швидкості еволюції.

У синергетики розглядається і поняття нестійкості. Нестійкість не їсти зло чи неприємність, вона означає випадкові руху всередині певної області параметрів системи. Нестійкість диалектична, з неї виростає стійкість. Так, зародження життя з точки зору синергетики, являє собою розвиток нестійкості, відповідної нелінійної середовища, але ця нестійкість призводить до властивостей живого.

Дата добавления: 2015-05-22