Вклад кибернетики в научную картину мира

Кибернетика как наука, основные понятия кибернетики.

О процессах управления и самоорганизации систем.

Лекция № 7. Кибернетика и синергетика как общие науки

Реликтовое излучение – это фоновое космическое излучение, спектр которого близок к спектру абсолютного черного тела с температурой около 3К. Наблюдается оно на волнах длиной от нескольких миллиметров до десятков сантиметров практически изотропно.

В чем суть открытого реликтового излучения? Так называемый «отрыв» излучения от вещества происходил, когда температура в расширяющейся Вселенной была порядка 3000-4000 К. В ходе последующего расширения Вселенной температура снижалась, но характер излучения (его спектр) сохранился до наших дней, напоминая о далекой «молодости» Метагалактики.

Отечественный астрофизик И.С. Шкловский предложил называть это излучение реликтовым. Теория предсказала существование реликтового излучения. Теоретические оценки температуры реликтового излучения были даны в 40-50 г.г. в работах Г.А. Гамова, а затем его учеников Р. Альфреда и Р. Германа. В 1964 г. советские астрофизики И.Д. Новиков и А.Г. Дорошкевич впервые выполнили конкретные расчеты интенсивности излучения различных объектов: звезд, межзвездной пыли, галактики и т.д.

В конце 60-х годов группа американских ученых во главе с Р. Дикке приступила к попыткам обнаружить реликтовое излучение. Но их опередили А. Пензиас и Р. Вильсон, получившие в 1978 г. Нобелевскую премию за открытие микроволнового фона (это официальное название реликтового излучения) на волне 7,35 см.

Примечательно, что будущие лауреаты Нобелевской премии не искали реликтовое излучение, а в основном занимались отладкой радиоантенны для работы по программе спутниковой связи. С июля 1964 г. по апрель 1965 г. они при различных положениях антенны регистрировали космическое излучение, природа которого первоначально была им не ясна. Этим излучением и оказалось реликтовое излучение.

Круг проблем, изучаемых современной наукой простирается от сравнительно част­ных, конкретных концепций относительно различных областей физи­ческого и химического мира, до глубочайших теорий, охватывающих различные сферы природы, общества и технической деятельности че­ловека. К последним относят кибернетику и синергетику. Первая занимается изучением механиз­мов управления в разных системах. Вторая - проблемой самооргани­зации самой материи.

Со сложными системами управления человек имел дело задолго до кибернетики (управление людьми, машинами; наблюдение регуляционных процессов у живых организмов и т.д.). Но кибернетика выделила общие закономерности управления в различных процессах и системах. В «докибернетический» период знания об управлении и организации носили «локальный» характер, т.е. в отдельных областях. Так, еще в 1843 г. польский мыслитель Б. Трентовский опубликовал малоизвестную в настоящее время книгу «Отношении философии к кибернетике как искусству управления народом».

В своей книге «Опыт философских наук» в 1834 году известный физик Ампер дал классификацию наук, среди которых третьей по счету стоит кибернетика – наука о текущей политике и практическом управлении государством (обществом).

Итак, кибернетика – наука об общих закономерностях процессов организации, уп­равления и переработки информации в сложных системах различной физической природы (технических, биологических и социальных системах). Своё название новая наука получила от древнегреческого слова " кибернетес ", что в переводе означает " управляющий ", " руле­вой ", " кормчий ". Новая наука возникла на стыке математики, теории информации, техники и нейрофизиологии, ее интересовал широкий класс как живых, так и неживых систем.

Разработка базовых понятий кибернетики осуще­ствлялась в середине XX века трудами многих ученых. Основателем кибернетики принято считать американ­ского математика Норберта Винера. В 1948 году он выпустил книгу "Кибернетика, или управление их связь в животном и машине".

Су­щественный вклад в кибернетику внесли: американс­кий биолог А. Розенблют, американский математик К. Шеннон, английский математик А. Тьюринг, анг­лийский биолог и кибернетик У. Эшби и другие ученые.

В нашей стране идеи кибернетики разрабатывались и внедрялись трудами академиков А.Н. Колмогорова, А.А. Ляпунова, В.М. Глушкова и др.

Возникновение кибернетики обусловлено научно-технической революцией, созданием сложных самоуправляющихся станков. Автоматических линий, вычислительных машин. Значительную роль сыграло также развитие нейрофизиологии – науки о системах управления и регулирования в живом организме. Создание науки об общих законах управления вызвано также развитием наук об управлении учреждениями, государственными системами, обществом. Развитие кибернетики было бы невозможным без прогресса электроники и создания электронных вычислительных машин.

К основным задачам кибернетики относятся:

1) установление фактов, общих для управляемых систем или для некоторых их совокупностей;

2) выявление ограничений, свойственных управляемым системам, и установление их происхождения;

3) нахождение общих законов, которым подчиняются управляе­мые системы;

4) определение путей практического использования установлен­ных фактов и найденных закономерностей.

Предмет кибернетики — кибернетическая система — упорядоченная совокупность взаимодействующих объектов (элементов систем), объединенных выполнением определенной функции и способных обмениваться информацией.

Элементами кибернетической системы могут быть объекты различной физической природы: неживые предметы, живые объекты, процессы, явления и т.д. Например, элементами ЭВМ являются блоки ЭВМ; мозга - нейроны; коллектива - люди, члены коллектива. (Толпа не кибернетическая система, потому что она не объединена определенной общей функцией, отсутствует упорядоченность и нет четкого обмена информацией.)

Кибернетическая система - абстрагированное понятие, не отражающее всех физических, технических или физиологических особенностей объекта. Так, человек как кибернетическая система рассматривается только с точки зрения взаимосвязи и управления его отдельных органов без анатомических подробностей.

Характеристики системы, рассматриваемые кибернетикой, ее параметры, делятся на входные параметры: Х1, Х2, …, Хn, учитывающие воздействие внешней среды на систему, и выходные параметры Y1, Y2, …, Yn, характеризующие воздействие системы на внешнюю среду (рис. 4).

Рис. 4. Кибернетическая система (схема).

Кибернетические системы - сложные системы, сами состоящие из подсистем (А, В... на рис. 4), между которыми имеются связи. Эти подсистемы, в свою очередь, также могут состоять из еще более простых кибернетических систем, т.е. организация кибернетических систем иерархическая. Каждому уровню иерархии соответствует определенный уровень организации. Живой организм тоже иерархическая система.

Кибернетика изучает динамические системы, в которых протекают сложные процессы, состояние этих процессов непрерывно меняется под влиянием внешних воздействий или в зависимости от фазы функционирования. Состояние динамической системы характеризуется значениями ее параметров не только в данный момент времени, но и в предыдущие моменты времени. Так, человек, как кибернетическая система, - это совокупность протекающих в нем, меняющихся во времени процессов. Для характеристики состояния организма человека необходимо учитывать его связи с окружающей средой (условия жизни, работы и т.д.).

«Кибернетический» подход к системам характеризуется рядом по­нятий. Основные понятия кибернетики: управление, управляющая часть, исполнительная часть, организация, прямая и обратная связь, информация, алгоритм, модель, самоорганизация, оптимизация, сигнал и др.

Управление (регулирование) – процесс изменения состояния или режима функционирования системы в соответствии с поставленной перед ней задачей.

Для систем любой природы понятие " управление " можно определить следующим образом: управление - это воздействие на объект, выбранное на основании имеющейся для этого информации из множества возможных воздействий, улучшаю­щее его функционирование или развитие. У управляемых систем все­гда существует некоторое множество возможных изменений, из кото­рого производится выбор предпочтительного изменения. Если у сис­темы нет выбора, то не может быть и речи об управлении.

Пример: Есть существенная разница между работой дачника, орудующе­го лопатой, и манипуляциями регулировщика - "гибэдэдэшника" на пере­крестке улиц. Первый оказывает на орудие силовое воздействие, вто­рой - управляет движением автомобилей. Управление - это вызов из­менений в системе или перевод системы из одного состояния в другое в соответствии с объективно существующей или выбранной целью.

Управлять - это и предвидеть те изменения, которые произойдут в системе после подачи управляющего воздействия (сигнала, несущего информацию).

Всякая система содержит управляющую часть и исполнительную часть (рис. 5). По линии прямой связи управляющая часть посылает в соответствии с заданием в исполнительную часть команды. По линии обратной связи в управляющую часть поступают сведения из исполнительной части о выполнении команд. Например, головной мозг (управляющая часть) посылает команды мышцам, а по каналам обратной связи в головной мозг поступают сведения о выполнении команды (например, о соответствующем двигательном акте).

прямая

Задание управляющая связь исполнительная результат

часть часть

Дата добавления: 2014-01-07