ХАРАКТЕРИСТИКИ САМООРГАНИЗУЮЩИХСЯ СИСТЕМ



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

Открытые системы – это такие системы, которые поддерживаются в определенном состоянии за счет непрерывного притока извне вещества, энергии и информации. Постоянный приток вещества, энергии или информации является необходимым условием существования неравновесных состояний в противоположность замкнутым системам, неизбежно стремящимся ( в соответствии со вторым началом термодинамики) к однородному равновесному состоянию. Открытые системы – это системы необратимые. В них важным оказывается фактор времени. В открытых системах ключевую роль – наряду с закономерным и необходимым – могут играть случайные факторы, флуктуационные процессы. Иногда флуктуация может стать настолько сильной, что существовавшая организация разрушается.

Большинство систем во Вселенной имеют открытый характер, поэтому во Вселенной доминируют не стабильность и равновесия, а неустойчивость, неравновесность. Неравновесность порождает избирательность системы, ее необычные реакции на внешнее воздействие среды. Некоторые более слабые воздействия могут оказывать большее влияние на эволюцию системы, чем более сильные, но не адекватные собственным тенденциям системы. На нелинейные системы не распространяются принципы суперпозиции: здесь возможны случаи, когда суммарное воздействие причин А и В вызывают эффекты, которые не имеют ничего общего с результатами воздействия А и В по отдельности.

Процессы, происходящие в нелинейных системах, часто носят пороговый характер: при плавном изменении внешних условий поведении системы изменяется скачком. В состояниях, далеких от равновесия, слабые возмущения могут усиливаться до гигантских значений, разрушающих сложившуюся систему.

Открытые неравновесные системы, активно взаимодействующие с внешней средой, могут приобретать особое динамическое состояние – диссипативность, которую можно определить как качественно своеобразное макроскопическое проявление процессов, протекающих на микроуровне.

Диссипативным структурам свойственны:

- рост возникших флуктуаций до макроуровня,

-  самоорганизация из-за экспорта энтропии,

-  появление пространственного и временного порядка,

-  переход в упорядоченное состояние при критическом значения некоторого параметра в точке бифуркации,

-  невозможность предсказания в точке бифуркации направления развития системы.

Диссипативные структуры – высоко упорядоченные образования в открытых системах, далеких от равновесия; они неустойчивы относительно малых флуктуаций. Диссипативные структуры требуют, в отличие от равновесных, для своего существования постоянного притока энергии извне. Математическое описание процессов в диссипативных структурах требует применение нелинейных уравнений. Неравновесное протекание множества микропроцессов приобретает некоторую интегративную результирующую на макроуровне, которая качественно отличается от того, что происходит с каждым ее элементом в отдельности. Благодаря диссипативности в неравновесных системах могут возникать новые типы структур, совершаться переходы от хаоса и беспорядка к порядку и организации, возникать новые динамические состояния материи.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ САМООРГАНИЗАЦИИ

Главная идея синергетики – это идея о принципиальной возможности спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Решающим фактором самоорганизации является образование петли положительной обратной связи системы и среды. При этом система начинает самоорганизовываться и противостоит тенденции ее разрушения. В химии такое явление называют автокатализом.

Становление самоорганизации во многом определяется характером взаимодействия случайных и необходимых факторов системы и ее среды. Система самоорганизуется не гладко и не просто, но неизбежно. Самоорганизация переживает точки бифуркаций. Вблизи точек бифуркаций в системах наблюдаются значительные флуктуации, роль случайных факторов здесь резка возрастает. В переломный момент самоорганизации принципиально неизвестно, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие. В точке бифуркаций система как бы колеблется перед выбором того или иного пути организации, пути развития. В таком состоянии небольшая флуктуация может послужить началом эволюции системы в некотором определенном направлении, одновременно отсекая при этом возможности развития в других направлениях.

Как выяснилось, переход от Хаоса к Порядку поддается математическому моделированию. В природе существует не так много универсальных моделей такого перехода. Качественные переходы в самых различных сферах действительности (в природе и обществе) подчиняются одним и тем же математическим сценариям.

Знание основных бифуркаций позволяет облегчить исследование реальных систем (физических, химических, биологических), в частности предсказать характер новых движений, возникающих в момент перехода системы в качественно другое состояние, оценить их устойчивость и область существования.

Основными условиями формирования новых структур являются открытость системы, нахождение ее вдали от точки равновесия и наличие флуктуаций. Неустойчивость и неравновесность определяют развитие систем. В особой точке бифуркации флуктуации достигают такой силы, что организация системы может разрушиться. Разрешение кризисной ситуации достигается быстрым переходом диссипативной системы на новый, более высокий уровень упорядоченности, который получил название диссипативной структуры. Это и есть акт самоорганизации системы. Поскольку флуктуации случайны, то и выбор конечного состояния системы является случайным, неоднозначным, причем процесс перехода одноразовый и необратимый. В процессе перехода все элементы системы ведут себя согласованно, хотя до этого они находились в состоянии Хаоса.

Общая схема эволюционного процесса как процессов самоорганизации сводится к следующему:

- относительное стабильное n-е состояние системы утрачивает устойчивость. В качестве причин, вызывающих потерю устойчивости, выступают временные изменения внутреннего состояния или наложение граничных условий. Наиболее характерными причинами эволюционной неустойчивости являются появление новой моды в движении, новой разновидности молекул в химии, нового вида в биологии. Этот новый элемент в рассматриваемой динамической системе приводит к потере устойчивости состояния системы;

- неустойчивость, обусловленная новым элементом, запускает динамический процесс, который приводит к дальнейшей самоорганизации системы, и система порождает новые упорядоченные структуры;

-  по завершении процесса самоорганизации система переходит в эволюционное состояние (n+1). После n-го эволюционного цикла начинается новый (n+1)-й эволюционный цикл.

Характерно, что реальная эволюция никогда не заканчивается, она каким-то образом находит выход из тупика, и этим выходом является новый цикл самоорганизации. Каждый частный эволюционный процесс переводит систему в новую, в определенном смысле более высокую эволюционную ступень, а процесс в целом обладает спиральной структурой.

Для разработки теории эволюции необходим анализ действующих и определяющих последовательность состояний системы условий, сил и механизмов.

Особое значение придается следующим факторам:

- способности уменьшения энтропии системы путем обмена энергией и веществом с окружающей средой;

- неравновесному характеру системы, находящейся на закритическом расстоянии от термодинамического равновесия;

-  нелинейности;

-  способности к самовоспроизведению, т.е. к образованию относительно точных копий исходной системы и подсистем;

-  существованию нескольких устойчивых состояний системы, зависимости текущего состояния от предыстории, потенциальной способности к хранению информации;

-   конечности времени жизни системы, связанной с ней непрестанной смене поколений и процессу обновления;

-  отбору систем и механизмов с благоприятными свойствами из большого числа возможных конкурентных процессов;

-  стабильности системы при случайной ошибке в процессе репродукции как источнику новых структур, механизмов и информации;

-  обработке информации, т.е. способности к ее созданию, хранению, воспроизведению и использованию;

-  оптимизации и адаптации, способности подстраиваться к изменяющимся внешним условиям, существованию критериев оптимизации;

-  морфогенезу, т.е. формообразованию системы и ее органов;

-  образованию эталонов с тенденцией к увеличению многообразия и сложности;

- ветвлению, т.е. все более сильному расщеплению реального и в еще большей мере потенциального пути эволюции;

-  сетевой структуре с тенденцией к образованию все более сложных соотношений и зависимостей между подсистемами;

- единству действия случайных и необходимых факторов;

- дифференциации, специализации и распределению функций подсистем;

- объединению систем путем соединения в целое все более возрастающей сложности и все большей потенции к действию;

-  иерархическому строению систем, элементы которых вложены один в другой (существование параметров порядка);

-  ускорению эволюции, т.е. постоянному нарастанию средней скорости эволюционного процесса вследствие механизмов обратной связи.

Эволюционно-синергетическая парадигма отражает направленность развития мирового целого на повышение своей структурной организации. Вся история Вселенной – от момента сингулярности до возникновения человека и развития общества – предстает как единый эволюционный процесс на основе процессов самоорганизации. Важную роль в парадигме универсального эволюционизма играет идея отбора. Все новое возникает как результат отбора наиболее эффективных формообразований, неэффективные новообразования отбраковываются. В настоящее время эволюционно-синергетическая парадигма является основной в естествознании. С одной стороны, она дает представление о мире как целостности, позволяет видеть законы и явления в их единстве, а с другой – ориентирует естествознание на выявление конкретных закономерностей самоорганизации и эволюции материи на всех ее структурных уровнях.

Синергетика показывает, что даже в неорганической природе существуют классы систем, способных к самоорганизации. История развития природы – это история образования все более сложных нелинейных систем. Такие системы и обеспечивают всеобщую эволюцию природы на всех уровнях ее организации – от низших и простейших к высшим и сложнейшим.

Синергетика как наука о самоорганизующихся системах создавалась усилиями естествознания. Но постепенно идеи синергетики становятся одной из методологических основ общественных и гуманитарных наук. Синергетический подход в этих областях начинается с использования ключевых понятий синергетики для описания сложных социально-гуманитарных явлений. А вслед за этим обнаруживается сходство поведения совершенно несхожих систем. Оказывается, что социальные, физические, биологические объекты исследований при всем своем очевидном различии и несводимости друг к другу подчиняются одним и тем же фундаментальным началам, а значит, их поведение может описываться в принципе одинаковыми моделями. Это положение является одним из важнейших в утверждающейся в современной науке эволюционно- синергетической парадигме.

 Представления об общих закономерностях эволюции сложных систем, к которым относятся и социальные системы, обусловливает перспективность синергетических идей для обществоведения и гуманитарного знания. В экономике, политике, истории имеют дело со сложными, необратимо эволюционирующими системами. Самоорганизующиеся физические системы выполняют в синергетике роль прототипа при исследовании социокультурных систем.

На основе общих положений синергетики можно осмысливать ход исторического развития, оценивать роль той или иной личности или отдельных слоев в исторических катаклизмах. В точке бифуркации даже ничтожные обстоятельства могут определить ход последующей эволюции системы. С синергетической точки зрения эволюционный процесс, проходя через точки бифуркации, приобретает свойства уникальности, неповторимости.

На бифуркационном этапе истории существует множество факторов, каждый из которых способен принципиально и непредсказуемо повлиять на ход исторических событий. К таким факторам относится и личностный фактор. Действия энергичной личности, реализующей свои устремления в таких условиях, часто становятся своеобразной «флуктуацией», которая и определяет выбор сильно неравновесной социальной системой ветви своей дальнейшей эволюции.

Вопросы для самопроверки к модулю 7

1. Что изучает кибернетика?

2. Что такое «информация»?

3. Какие системы называются сложными динамическими?

4. Каковы особенности управляемых систем?

5. Какие виды обратных связей существуют?

6. Что изучает синергетика?

7. Что такое «эмпирическое обобщение»?

8. Что называется памятью системы?

9. Каковы соотношения порядка и беспорядка в природе?

10. Что такое точка бифуркации?

11. Что называется аттрактором?

12. Каковы признаки самоорганизующихся систем?

13. В каких системах может убывать энтропия?

14. Какие свойства присущи диссипативным системам?

15. В чем состоят особенности открытых систем вдали от равновесия?

16. Как протекает эволюционный процесс?

Литература к модулю 7

1. Дубнищева, Т.Я. Концепции современного естествознания: учебное пособие для вузов / Т.Я.Дубнищева. - М.: ИЦ «Академия», 2009. – С. 519 – 556.  

5. Попков, В.И. Концепции современного естествознания: (электронный ресурс): интерактивный учеб. курс/ В.И.Попков. – Брянск: БГТУ, 2008. – 552 с. – 27,8Мб. - Режим доступа: http://mark.lib.tu-bryansk.ru/marcweb2/Default.asp. - С. 426 - 451.

 

МОДУЛЬ 8

 

БИЛОГИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

(БИОЛОГИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ)

   Окружающая человека среда, наряду с различными объектами неживой природы, содержит огромное количество разнообразных живых (биологических) структур, особенностью которых является способность к самовоспроизведению и развитию. Нашу планету населяют почти три с половиной миллиона видов животных, растений и микроорганизмов. Их численность варьируется в широких пределах: от нескольких десятков особей до нескольких миллиардов индивидов. Длительность существования на Земле отдельных видов живых организмов исчисляется миллионами лет, при этом продолжительность жизни конкретной особи может составлять от нескольких часов (у отдельных видов микроорганизмов) до нескольких тысячелетий (у отдельных видов хвойных деревьев).

  Феномен жизни занимает особое место в мировоззрении человека. Биологические процессы, в основе которых лежат физико-химические процессы, не сводятся к ним, имеют специфический характер и подчиняются иным ─ биологическим – законам. Жизнь сложнее физических и химических явлений, поэтому познание биологических законов носит сложный и противоречивый характер. Особо сложное явление представляет собой человек, в котором сочетаются биологическая и социальная сущности. Познанием феномена жизни занимаются биологические науки, целью которых является формирование целостного взгляда на природу живого ─ биологической картины мира.


Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 2112; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!