В подогретом снизу слое жидкости

Значения параметров состояния, а стало быть, и сама система зависят от управляющих параметров. А макроскопический порядок в системе, ее макроскопическая структура, описывается параметрами порядка.

Если система состоит из большо­го количества частей, то и число кон­фигураций у неё велико, и для опи­сания такой системы требуется много информации. В статистиче­ской механике эту трудность преодо­левают, заменяя описание отдельных частей средней характеристикой (например, вместо импульсов огром­ного количества частиц газа рассмат­ривают среднюю характеристику — давление). В результате какая-то доля информации неизбежно теряется.

В синергетике та же проблема реша­ется иначе — с помощью принципа подчинения, основной теоремы си­нергетики: пространственно-вре­менное состояние системы (все параметры состояния) целиком и полностью определяется параметра­ми порядка, подчинено им. А по­скольку параметров порядка гораздо меньше, чем параметров состояния, то, переходя от вторых к первым, до­стигают значительного сжатия ин­формации, не утрачивая ничего. По словам Хакена, «параметры порядка действуют, как кукловоды, заставля­ющие марионеток двигаться». «Одна­ко, — замечает он, — между наивным представлением о параметрах поряд­ка как о кукловодах и тем, что проис­ходит в действительности, имеется одно важное различие. Оказывается, совершая коллективное действие, ин­дивидуальные части, или „куклы", сами воздействуют на параметры по­рядка, т. е. на „кукловода".

Таким об­разом, с одной стороны, кукловоды (параметры порядка) определяют движение отдельных частей системы, а с другой стороны, отдельные части системы в свою очередь определяют действие параметров порядка. Это явление получило название круговой причинности».

Следует подчеркнуть, что параметры порядка обусловливают не только регулярные, но и хао­тические структуры.

Выводы синергетики показывают, что самоорганизация физических систем является процессом совершенно обоснованным и, более того, закономерным. Однако, для реализации этого процесса требуется совместное выполнение ряда условий:

ü система должна быть открытой, что предполагает ее свободный обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой, и непрерывно флуктуировать. (По мнению И. Стенгерс, большинство систем открыты, главенствующую роль в окружающем мире играет не порядок, стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновесность).

ü система должна быть неравновесной, находящейся на границе устойчивости хотя бы по одному из своих параметров. Фундаментальным условием самоорганизации служит возникновение и усиление порядка через флуктуации (возникновение нестационарных структур под действием внешних воздействий или из-за внутренних факторов).

Т.о. синергетика фиксирует свое внимание на неравновес­ности, нестабильности как естественном состоянии открытых нели­нейных систем, на множественности и неоднозначности путей их эво­люции. Синергетика исследует типы поведения таких систем, то есть нестационарные структуры, которые возникают в них под действием внешних воздействий или из-за внутренних факторов (флуктуации).

ü В особой точке бифуркации флуктуация достигает такой силы, что организация системы не выдерживает и разрушается, и принципиально невозможно предсказать: станет ли состояние системы хаотич­ным или она перейдет на новый, более дифференцированный и высо­кий уровень упорядоченности. В точке бифуркации система может на­чать развитие в новом направлении, изменить свое поведение. Под точ­кой бифуркации понимается состояние рассматриваемой системы, пос­ле которого возможно некоторое множество вариантов ее дальнейше­го развития. Примером бифуркаций могут служить "выбор спутника жизни", '' ситуации выбора учебного заведения". Наглядный образ бифуркации дает картина В. М. Васнецова "Рыцарь на распутье".

ü Новые структуры, возникающие в результате эффекта взаимо­действия многих систем, называются диссипативными, потому что для их поддержания требуется больше энергии, чем для поддержания бо­лее простых, на смену которым они приходят. В точке бифуркации система встает на новый путь развития. Та траектория или направле­ние, по которому возможно развитие системы после точки бифурка­ции и которое отличается от других относительной устойчивостью, иными словами, является более реальным, называется аттрактором. Аттрактор - это относительно устойчивое состояние системы, притя­гивающее к себе множество "линий" развития, возможных после точ­ки бифуркации. Случайность и необходимость взаимно дополняют друга в процессе возникновения нового.

ü Диссипативные структуры существуют лишь постольку, по­скольку система диссипирует (рассеивает) энергию, а, следовательно, производит энтропию. Из энтропии возникает порядок с увеличени­ем общей энтропии. Таким образом, энтропия является не просто соскальзы­ванием системы к дезорганизации, она становится прародительницей порядка, нового. Так из хаоса (неустойчивости) в соответствии с оп­ределенной информационной матрицей рождается Космос.

Охарактеризуем коротко особенности самоорганизации живых систем: живая система, как и любая иная природная система, под­чиняется законам термодинамики. Элементы живого организ­ма (да и всех живых систем вообще) постоянно разрушаются и строятся вновь. Этот процесс носит название биологического обновления. Для его обеспечения требуется непрекращающий­ся приток извне вещества и энергии, а также вывод во вне­шнюю среду части продуктов биохимических процессов, вклю­чая тепло. Таким образом, любые функционирующие организ­мы обязательно являются неизолированными, открытыми термодинамическими системами. Благодаря потокам вещества и энергии, проходящим через эти системы, они являются также неравновесными. Если условия существования системы неизмен­ны, то указанные потоки постоянны. В этом случае нерав­новесное состояние стационарно, то есть оно не изменяется со временем (это называют также динамическим равновесием).

Подобно тому, как в термодинамике равновесных систем особым состоянием является равновесное состояние, в тер­модинамике неравновесных систем особую роль играют стаци­онарные состояния. Для живых систем, которые всегда не­равновесны, но поддерживаются в стационарном состоянии, это означает следующее:

1) в течение времени жизни системы ее элементы посто­янно подвергаются распаду, обусловленному увеличением энтропии;

2) для компенсации возникающей в результате распада не­упорядоченности в системе совершается работа в форме про­цессов синтеза элементов взамен распавшихся; эта работа обус­лавливает отрицательную добавку энтропии. Такие процессы создают упорядоченность.

Примерами самоорганизации в живой природе могут служить: образование форм (морфогенез) растений и животных, развитие специализированных тканей сложного организма из оплодотворенной клетки, выраженные пространственно-временные структуры в электрической и магнитной активности сердца и головного мозга, координации движений. В человеческом обществе – финансовые кризисы, конкуренция и партнерство в бизнесе, уличные пробки, формирование общественного мнения и многое другое.

Синергетика — молодое, много­обещающее междисциплинарное на­правление, возникшее за последние 30 лет благодаря усилиям профессо­ра Хакена и его последователей, не только обогатила науку новыми идеями в фундаментальных облас­тях, но и имеет на своём счету ряд практических достижений. На её ос­нове возникли технологии, позво­лившие получать продукцию не в традиционных статических, а в бо­лее эффективных динамических ре­жимах, ранее не известные подходы к распознаванию образов, стратегии медикаментозного лечения и диа­гностики болезней, синергетический компьютер, а также многое другое Но ещё больше ей предстоит сделать.

[1] Кузнецов Б.Т. От Галилея до Эйнштейна. – М.: Наука, 1966. – С. 38.

[2] Кудрявцев П.С. Курс истории физики. – М.: Просвещение, 1974. – С. 179.

[3] См.: Ньютон И. С. Математические начала натуральной философии // Собрание трудов академика А.Н. Крылова. Т. VII. — М—Л.: АН СССР, 1936. С. 32. 2 Там же. С. 30.

[4] СМ.: Лейбниц Г.В. Соч. в 4-х тт. Т. 1. – М.: Мысль. 1982. – С.441.

[5] См.: Эйнштейн А., Инфедьд Л. Эволюция физики. — М.: Молодая гвардия, 1966. - С. 220.

[6] См.: Еремеева А.И. Астрономическая картина мира и ее творцы. — М.: Наука, 1984. - С. 157.

[7] См.: Рейхенбах Г. Философия пространства и времени. - М.: Наука, 1985. - С. 225.

[8] См.: Винер Н. Кибернетика. М., 1968. - С. 288.

[9] См.: Хакен Г. Синергетика. – М.: Мир, 1980.

Дата добавления: 2014-01-07