Реферат "Синергетика"

Оглавление

Введение

Научные школы в синергетике
Возникновение синергетики как науки
Самоорганизация в синергетике

Заключение

Список использованных источников

Введение

В последние годы наблюдается стремительный и бурный рост интереса к междисциплинарному направлению, получившему название «синергетика».

Издаются солидные монографии, учебники, выходят сотни статей, проводятся национальные и международные конференции. Трудно или даже невозможно назвать область знания, в которой сегодня не проводились бы исследования под рубрикой синергетики. Для публикаций на тему синергетики характерно то, что в них нередко приводятся авторские трактовки принципов синергетики, причем трактовки довольно разнородные и не всегда достаточно аргументированные. Причиной этого является отсутствие достаточной определенности относительно основоположений синергетики и возникающей отсюда необходимости уточнения статуса излагаемого материала.

Объектом реферата выступила наука о синергетике.

Предметом – особенность синергетики как способа познания.

Цель данной работы – попытаться определить сущность и понятие синергетики, как нового направления современной научной мысли.

Задачи:

Рассмотреть научные школы синергетики.
Определить развитие науки синергетики.
Рассмотреть особенности самоорганизации.

1. Научные школы в синергетике

В синергетике к настоящему времени сложилось уже несколько научных школ.

Эти школы окрашены в те тона, которые привносят их сторонники, идущие к осмыслению идей синергетики с позиции своей исходной области, будь то математика, физика, биология или даже обществознание.

В числе этих школ – брюссельская школа лауреата Нобелевской премии И.Р.Пригожкина, разрабатывающего теорию диссипативных структур, раскрывающую исторические предпосылки и мировоззренческие основания теории самоорганизации.

Интенсивно работает также школа Г.Хакена, профессора Института синергетики и теоретической физики в Штутгарте. Он объединил большую группу ученых вокруг шпрингеровской серии книг по синергетике, в рамках которой к настоящему времени увидели свет уже более 60 томов.

Классические работы, в которых развивается математический аппарат для описания катастрофических синергетических процессов, принадлежат перу российского математика В.И. Арнольда и французского математика Р. Тома. Эту теорию называют по-разному: теория катастроф, особенностей или бифурикаций.

Среди российских ученых следует упомянуть также академика А.А. Самарского и члена – корр. РАН С.П. Курдюмова. Их школа разрабатывает теорию самоорганизации на базе математических моделей и вычислительного эксперимента на дисплеях компьютеров. Эта школа выдвинула ряд оригинальных идей для понимания механизмов возникновения и эволюции относительно устойчивых структур в открытых (нелинейных) средах (системах).

Широко известны также работы академика Н.Н.Моисеева, разрабатывающего идеи универсального эволюционизма и коэволюции человека и природы, работы биофизиков, членов-корреспондентов РАН М.В.Волькенштейна и Д.С.Чернавского.

Такое разнообразие научных школ, направлений, идей свидетельствует о том, что синергетика представляет собой скорее парадигму, чем теорию. Это значит, что она олицетворяет определенные достаточно общие концептуальные рамки, немногочисленные фундаментальные идеи, общепринятые в научном сообществе, и методы (образцы) научного исследования.

Собственно познакомимся с одной из этих школ, признанной большими источниками основной.

Создателем синергетического направления и изобретателем термина "синергетика" является профессор Штутгартского университета и директор Института теоретической физики и синергетики Герман Хакен.

Синергетика (от лат. "sinergeia" - сотрудничество, кооперация, содружество), которое новое системное видение мира поднимает на новый уровень - динамического подхода к структурированным целостностям. Основатель синергетики Г. Хакен рассматривал ее как междисциплинарную область исследования кооперативных процессов самоорганизации в системах разной природы.

По Хакену, синергетика занимается изучением систем, состоящих из большого (очень большого, «огромного») числа частей, компонентов или подсистем, одним словом, деталей, сложным образом взаимодействующих между собой[1]. Слово «синергетика» и означает «совместное действие», подчеркивая согласованность функционирования частей, отражающуюся в поведении системы как целого. Очевидно, что методологии разных областей знания столь различны, что их общность может быть реализована лишь на концептуальном уровне. Подтверждением того, что замысел Г. Хакена был в определенной мере неопределенен и субъективен, являются свидетельства некоторых ученых, в беседах с которыми Г. Хакен говорил, что называние предложенного им научного направления «синергетикой» случайно и непринципиально. Трудно, однако, согласиться с мнением, что название непринципиально, полагая, что синергетику можно было бы с неменьшим успехом назвать Х–наукой. В конечном счете начинание Г. Хакена оказалось плодотворным именно благодаря естественно понимаемой ассоциации синергетики с самоорганизацией.

Общую теорию систем (ОТС) рассматривают если не как непосредственную предшественницу синергетики, то как одну из областей знания, подготовивших проблематику самоорганизации. Объекты ОТС и синергетики всегда системны. Системный подход как действующая методология привел к формированию общей теории систем - метатеории, предметом которой является класс специальных теорий систем и различные формы системных построений.

Что касается синергетики, то здесь речь уже идет не о системах как таковых, а о процессе структурирования. Ядром рассмотрения является самоорганизация. Можно сказать, что произошел переход от статики систем к динамике. Статус и место синергетики не определены столь четко, как в случае ОТС. Г. Хакен видел в синергетике универсальный формальный язык, позволяющий описать разнообразные процессы самоорганизации. Прослеживая становление синергетики в контексте междисциплинарного знания, отметим, что синергетика явилась преемницей некоторых аспектов ОТС, кибернетики и физики, точнее, термодинамики. Процессы самоорганизации традиционно числились по ведомству кибернетики, но объектами последней выступали лишь искусственные и живые системы, в то время как в синергетике процессы самоорганизации распространяются на неживую природу. Область явлений, находящаяся в поле внимания синергетики, - это так называемые диссипативные структуры, которые возникают при определенных условиях в нелинейных системах.

Западногерманское издательство ''Шпрингер'' в 1975 году заказывает Хакену книгу. Уже в 1977 году монография под названием ''Синергетика'' выходит на немецком и английском языках. В 1978 году книга была переиздана, а вскоре вышла на японском и русском языках. Издательство ''Шпрингер'' открывает серию ''Синергетика'', в которой выходят все новые и новые труды.

Начиная с 1973 года, с той конференции, на которой впервые прозвучал этот термин, научные встречи по теме ''самоорганизация'' проходят каждые два года. К 1980 году было уже выпущено пять объемных сборников докладов этих конференций. А известнейший и старейший форум физиков – Сольвеевский конгресс в 1978 году был целиком посвящен проблемам самоорганизации. В нашей стране впервые конференция по синергетике прошла в 1982 году.

Наука имеет дело с системами разных уровней организации, связь между ними осуществляется через хаос. Когда системы объединяются, целое не равно сумме частей. Общее для всех систем: спонтанное образование, изменения на макроскопическом уровне, возникновение новых качеств, этап самоорганизации. При переходе от неупорядоченного состояния к состоянию порядка все системы ведут себя одинаково.

Неравновесность в системе является источником появления новой организации (порядка). Системы всегда открыты и обмениваются энергией с внешней средой. Процессы локальной упорядоченности совершаются за счет притока энергии извне. В сильно неравновесных условиях системы начинают воспринимать те факторы, которые они бы не восприняли в более равновесном состоянии. В неравновесных условиях независимость элементов уступает место корпоративному поведению

Вдали от равновесия согласованность поведения элементов возрастает. В равновесии молекула видит только своих соседей, вдали равновесия – видит всю систему целиком. Примеры: костная материя - коммуникация посредством сигналов, работа головного мозга.

В условиях, далеких от равновесия, в системах действуют бифуркационные механизмы – наличие точек раздвоения продолжения развития. Варианты развития системы практически не предсказуемы.

Системы, составляющие предмет изучения синергетики, могут быть самой различной природы и содержательно и специально изучаться различными науками, например, физикой, химией, биологией, математикой, нейрофизиологией, экономикой, социологией, лингвистикой (перечень наук легко можно было бы продолжить).

Каждая из наук изучает "свои" системы своими, только ей присущими, методами и формулирует результаты на "своем" языке. При существующей далеко зашедшей дифференциации науки это приводит к тому, что достижения одной науки зачастую становятся недоступными вниманию и тем более пониманию представителей других наук.

В отличие от традиционных областей науки, синергетику интересуют общие закономерности эволюции (развития во времени) систем любой природы. Отрешаясь от специфической природы систем, синергетика обретает способность описывать их эволюцию на интернациональном языке, устанавливая своего рода изоморфизм двух явлений, изучаемых специфическими средствами двух различных наук, но имеющих общую модель, или, точнее, приводимых к общей модели. Обнаружение единства модели позволяет синергетике делать достояние одной области науки доступным пониманию представителей совсем другой, быть может, весьма далекой от нее области науки и переносить результаты одной науки на, казалось бы, чужеродную почву.

Следует особо подчеркнуть, что синергетика отнюдь не является одной из пограничных наук типа физической химии или математической биологии, возникающих на стыке двух наук (наука, в чью предметную область происходит вторжение, в названии пограничной науки представлена существительным; наука, чьими средствами производится "вторжение", представлена прилагательным; например, математическая биология занимается изучением традиционных объектов биологии математическими методами). По замыслу своего создателя профессора Хакена, синергетика призвана играть роль своего рода метанауки, подмечающей и изучаюшей общий характер тех закономерностей и зависимостей, которые частные науки считали "своими". Поэтому синергетика возникает не на стыке наук в более или менее широкой или узкой пограничной области, а извлекает представляющие для нее интерес системы из самой сердцевины предметной области частных наук и исследует эти системы, не апеллируя к их природе, своими специфическими средствами, носящими общий характер по отношению к частным наукам.

2. Возникновение синергетики как науки

Как и всякое научное направление, родившееся во второй половине ХХ века, синергетика возникла не на пустом месте. Ее можно рассматривать как преемницу и продолжательницу многих разделов точного естествознания, в первую очередь (но не только) теории колебаний и качественной теории дифференциальных уравнений. Именно теория колебаний с ее "интернациональным языком", а впоследствии и "нелинейным мышлением" (Л.И. Мандельштам) стала для синергетики прототипом науки, занимающейся построением моделей систем различной природы, обслуживающих различные области науки. А качественная теория дифференциальных уравнений, начало которой было положено в трудах Анри Пуанкаре, и выросшая из нее современная общая теория динамических систем вооружила синергетику значительной частью математического аппарата.

Сегодня в условиях когда синергетика приобрела значения движущего начала в научных исследованиях, приходится беспокоиться о том, чтобы не был утерян научный статус синергетики как междисциплинарной области знания. Реальная опасность заключается в том, что, с одной стороны, по ряду причин в общественном мнении может сложиться отношение к синергетике как к общемировоззренческой концепции, граничащей с дилетантизмом. С другой стороны, имеются тенденции отождествлять синергетику с тем или иным узким направлением исследований в физике, теории систем, также в областях прикладных исследований. Наиболее желательной альтернативой представляется выработка структурированного категориального базиса синергетики и других атрибутов, свойственных теоретическому знанию, которые позволили бы дополнить существующие представления более строгим их изложением.

Любые объекты окружающего нас мира представляют собой системы, т.е. совокупность составляющих их элементов и связей между ними.

Элементы любой системы, в свою очередь, всегда обладают некоторой самостоятельностью поведения. При любой формулировке научной проблемы всегда присутствуют определенные допущения, которые отодвигают за скобки рассмотрения какие-то несущественные параметры отдельных элементов. Однако этот микроуровень самостоятельности элементов системы существует всегда.

Поскольку движения элементов на этом уровне обычно не составляют интереса для исследователя, их принято называть “флуктуациями”. В нашей обыденной жизни мы также концентрируемся на значительных, информативных событиях, не обращая внимания на малые, незаметные и незначительные процессы.

Малый уровень индивидуальных проявлений отдельных элементов позволяет говорить о существовании в системе некоторых механизмов коллективного взаимодействия – обратных связей. Когда коллективное, системное взаимодействие элементов приводит к тому, что те или иные движения составляющих подавляются, следует говорить о наличии отрицательных обратных связей. Собственно говоря, именно отрицательные обратные связи и создают системы, как устойчивые, консервативные, стабильные объединения элементов.

Именно отрицательные обратные связи, таким образом, создают и окружающий нас мир, как устойчивую систему устойчивых систем.

Стабильность и устойчивость, однако, не являются неизменными. При определенных внешних условиях характер коллективного взаимодействия элементов изменяется радикально. Доминирующую роль начинают играть положительные обратные связи, которые не подавляют, а наоборот – усиливают индивидуальные движения составляющих. Флуктуации, малые движения, незначительные прежде процессы выходят на макроуровень. Это означает, кроме прочего, возникновение новой структуры, нового порядка, новой организации в исходной системе. Момент, когда исходная система теряет структурную устойчивость и качественно перерождается, определяется системными законами, оперирующими такими системными величинами, как энергия, энтропия.

Моменты качественного изменения исходной системы называются бифуркациями состояния и описываются соответствующими разделами математики – теория катастроф, нелинейные дифференциальные уравнения и т.д. Круг систем, подверженных такого рода явлениям, оказался настолько широк, что позволил говорить о катастрофах и бифуркациях, как об универсальных свойствах материи.

Таким образом, движение материи вообще можно рассматривать, как чередование этапов адаптационного развития и этапов катастрофного поведения. Адаптационное развитие подразумевает изменение параметров системы при сохранении неизменного порядка ее организации. При изменении внешних условий параметрическая адаптация позволяет системе приспособиться к новым ограничениям, накладываемым средой.

Катастрофные этапы – это изменение самой структуры исходной системы, ее перерождение, возникновение нового качества. При этом оказывается, что новая структура позволяет системе перейти на новую термодинамическую траекторию развития, которая отличается меньшей скоростью производства энтропии, или меньшими темпами диссипации энергии.

Возникновение нового качества, как уже отмечалось, происходит на основании усиления малых случайных движений элементов – флуктуаций. Это в частности объясняет тот факт, что в момент бифуркации состояния системы возможно не одно, а множество вариантов структурного преобразования и дальнейшего развития объекта.

3. Самоорганизация в синергетике

В определенной части своего смысла синергетика и такие понятия как самоорганизация, саморазвитие и эволюция имеют общность, которая позволяет указать их все в качестве результатов синергетического процесса. В особенности самоорганизация устойчиво ассоциируются сегодня с синергетикой.

Однако такие ассоциации имеют двоякое значение. С одной стороны, эффект самоорганизации является существенным, но, тем не менее, одним из компонентов, характеризующих синергетику, с другой - именно этот компонент придает выделенный смысл всему понятию синергетики и, как правило, является наиболее существенным и представляющим наибольший интерес.

Не только результаты, а и условия, причины и движущие силы самоорганизации имеют альтернативы. В рассмотрении И.Р. Пригожина применительно к диссипативным структурам речь идет о когерентной самоорганизации, альтернативой для которой является континуальная самоорганизация индивидуальных микросистем, разработанная и предложенная А.П. Руденко. В показано, что теоретическое обоснование явления самоорганизации неравновесных открытых систем, равно как и процесса неравновесного упорядочения, было дано И.Р. Пригожиным и А.П. Руденко практически в одно время независимо друг от друга. Главным достоинством «континуальной» самоорганизации, предложенной А.П. Руденко, является то, что именно такой подход позволяет провести рассмотрение связи самоорганизации и саморазвития. В соответствии с развитыми взглядами сущность прогрессивной эволюции состоит в саморазвитии континуальной самоорганизации индивидуальных объектов. Показывается, что способностью к саморазвитию и прогрессивной эволюции с естественным отбором обладают только индивидуальные микрообъекты с континуальной самоорганизацией и что именно прогрессивная химическая эволюция способна быть основанием для возникновения жизни.

Хакена и его последователей иногда обвиняют в честолюбивых замыслах, в умышленном введении легковерных в заблуждение. Кроме прочего утверждается, будто кроме названия (у которого, как было отмечено выше, также имелись предшественники), синергетика напрочь лишена элементов новизны.

Даже если бы новацией было только название, появление синергетики было бы оправдано. Предложенное Хакеном выразительное название нового междисциплинарного направления привлекало к этому новому направлению гораздо больше внимания, чем любое “правильное” и понятное лишь узкому кругу специалистов, название.

Синергетическая концепция самоорганизации:

1. Объектами исследования являются открытые системы в неравновесном состоянии, характеризуемые интенсивным (потоковым, множественно–дискретным) обменом веществом и энергией между подсистемами и между системой с ее окружением.

Конкретная система погружена в среду, которая является также ее субстратом.

2. Среда — совокупность составляющих ее (среду) объектов, находящихся в динамике. Взаимодействие исследуемых объектов в среде характеризуется как близкодействие — контактное взаимодействие. Среда объектов может быть реализована в физической, биологической и другой среде более низкого уровня, характеризуемой как газоподобная, однородная или сплошная. (В составе системы реализуется дальнодействие — полевое и опосредствованное (информационное) взаимодействие.)

3. Различаются процессы организации и самоорганизации Общим признаком для них является возрастание порядка вследствие протекания процессов, противоположных установлению термодинамического равновесия независимо взаимодействующих элементов среды (также удаления от хаоса по другим критериям).

(Организация, в отличие от самоорганизации, может характеризоваться, например, образованием однородных стабильных статических структур.)

Результатом самоорганизации становится возникновение, взаимодействие, также взаимосодействие (например, кооперация) и, возможно, регенерация динамических объектов (подсистем) более сложных в информационном смысле, чем элементы (объекты) среды, из которых они возникают. Система и ее составляющие являются существенно динамическими образованиями.
Направленность процессов самоорганизации обусловлена внутренними свойствами объектов (подсистем) в их индивидуальном и коллективном проявлении, а также воздействиями со стороны среды, в которую ''погружена'' система.
Поведение элементов (подсистем) и системы в целом, существенным образом характеризуется спонтанностью — акты поведения не являются строго детерминированными.
Процессы самоорганизации происходят в среде наряду с другими процессами, в частности противоположной направленности, и могут в отдельные фазы существования системы как преобладать над последними (прогресс), так и уступать им (регресс). При этом система в целом может иметь устойчивую тенденцию или претерпевать колебания к эволюции либо деградации и распаду.

Самоорганизация может иметь в своей основе процесс преобразования или распада структуры, возникшей ранее в результате процесса организации.

Приведенное развернутое определение является если и не вполне совершенным, то все-таки необходимым шагом на пути конкретизации содержания, которое относится к синергетике, и выработки критериев для создания моделирующей самоорганизующейся среды.

О соотношении синергетики и самоорганизации следует вполне определенно сказать, что содержание, на которое они распространяются, и заложенные в них идеи неотрывны друг от друга. Они, однако, имеют и различия. Поэтому синергетику как концепцию самоорганизации следует рассматривать в смысле взаимного сужения этих понятий на области их пересечения.

Заключение

В настоящее время общая методология науки переживает период, который совмещает в себе черты эволюции и кризиса. Современная наука, значительно укрепив свою базу за прошедшее столетие, может позволить себе более либеральный подход к включению в сферу своего рассмотрения содержания, не имеющего строгой объективной основы. Позитивный смысл этого действия заключается во включении в поле внимания существующих фактов и практик, реально нуждающихся в интеллектуальном анализе.

Однако ввиду фактической неготовности науки к исследованию этого содержания объективными методами, процесс сопровождается появлением ''нетрадиционных'' и ''неклассических'' наук, симбиозов научного и ненаучного знания и других явлений, которые естественны сами по себе для человеческой познавательной деятельности, но далеки от именно научного знания. Важно то, что при этом происходит наработка подходов к малоисследованному, реально существующему содержанию. Можно указать, например, на крайне актуальную задачу объективного исследовании субъективной реальности, на подступах к которой трудятся психологи, нейрофизиологи и разработчики систем виртуальной реальности и компьютерной анимации. Сама постановки задачи выглядит терминологически противоречивой. Однако это реальная, крайне важная задача, в основе решения которой лежит изучение и осмысление процессов самоорганизации в нейробиологической, информационной и понятийной средах.

Современная наука достаточно сильна накопленным потенциалом научного знания и имеет определенную устойчивость ввиду зависимости финансовых и интеллектуальных вложений в нее со стороны общества от практической полезности получаемых результатов. Тем не менее, смешение научного знания с элементами обывательского доверия и даже мистики может ослаблять в какой–то мере науку как форму общественного сознания. Сказанное имеет для синергетики значение, поскольку в нее более, чем в другие области происходит ''слив'' невостребованной обществом познавательной активности. Эта роль своеобразного отстойника имеет, очевидно, свои плюсы и минусы. Необходимо лишь отметить, что существующая ситуация должна ясно осознаваться авторитетными учеными, руководителями и спонсорами.

В заключении отметим следующее. Проблематика, содержание, методы исследований и результаты, относимые к синергетике характеризуются неоднозначными оценками и неопределенностью. Вместе с тем, синергетика как научное направление исследований является востребованной обществом. Значительное количество результатов исследований в разных областях знания соотносится исследователями с синергетикой. Контекст синергетики дает возможность плодотворно взаимодействовать ученым разных специализаций на языке системного осмысления и поиска новых решений. Приведенные определения синергетики, полученные преемственным образом, могут конструктивно применяться при решении конкретных задач.

Список использованных источников

Данилов Ю.А., Кадомцев Б.Б. Что такое синергетика// Нелинейные волны. Самоорганизация. М.: Наука, 1983.
Капица С. П., Курдюмов С. П., Малинецкий Г. Г. Синергетика и прогнозы будущего. — М.: Наука, 1997.
Курдюмов С. П., Князева Е. Н. . Основания синергетики. — СПб.: Алетейя, 2002.
Николис Г., Пригожий И. Самоорганизация в неравновесных системах М: Мир, 2009.
Пригожий И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. - М., 1986.
Пригожий И., Стенгерс И. Время, хаос, квант. - М., 2004.
Синергетике 30 лет. Интервью с профессором Г. Хакеном. ПроведеноЕ Н. Князевой // Вопросы философии. 2000. № 3. С. 53-61.
Степин В. С. Теоретическое знание. — М.: Прогресс_Традиция, 2000.
Степин В. С. Проблемы описания развивающихся систем. // Вопросы философии. — 2003. — № 8.
Синергетическая парадигма. Многообразие поисков и подходов. — М.: Прогресс-традиция, 2000.
Хакен Г. Синергетика. – М., 1980.

[1] Синергетике 30 лет. Интервью с профессором Г. Хакеном. Проведено Е.Н. Князевой // Вопросы философии. 2000. № 3. С. 53-61.