Методологические проблемы синергетики

Неустойчивость

Выполнение принципов  нелинейности и незамкнутости, при  определенных условиях позволяет системе  покинуть область гомеостаза и попасть  в неустойчивое состояние. Такие состояния неустойчивости, выбора принято называть точками бифуркаций. Правильно говорить о неустойчивом состоянии, которому отвечает точка в пространстве управляющих параметров (мегауровень), именно ее и называют точкой бифуркации. Иногда говорят о моменте бифуркации, когда параметры проходят эту критическую точку. Они непременны в любой ситуации рождения нового качества и характеризуют рубеж между новым и старым. Например, высшая точка перевала отделяет одну долину от другой, это неустойчивое положение шарика на бугорке.Значимость точек бифуркации еще и в том, что только в них можно не силовым, информационным способом, т.е. сколь угодно слабыми воздействиями повлиять на выбор поведения системы, на ее судьбу. Открытие неустойчивости, непредсказуемости поведения в простых динамических системах, содержащих не менее трех переменных, в шестидесятые годы совершило революцию в понимании природы сложности нашего мира, открыло нам миры динамического хаоса, странных хаотических аттракторов и фрактальных структур.

     Нелинейность, незамкнутость и неустойчивость  организуют в самосогласованное  кольцо принципов, предъявляя механизмы их сборки и понимания, а так же сопряжения со средой,  конструиктивные принципы: динамическая иерархичность и  наблюдаемость.

Динамическая  иерархичность (эмерджентность)

Это обобщение  принципа подчинения на процессы становления  — рождение параметров порядка, когда  приходится рассматривать взаимодействие более чем двух уровней. Сам процесс  становления есть процесс исчезновения, а затем рождения одного из них  в процессе взаимодействия минимум  трех иерархических уровней системы, здесь, в отличие от фазы бытия, переменные параметра порядка, напротив, являются самыми быстрыми, неустойчивыми переменными, среди конкурирующих макрофлуктуаций.

Этот принцип  описывает возникновение нового качества системы по горизонтали, т.е. на одном уровне, когда медленное  изменение управляющих параметров мега-уровня приводит к бифуркации, неустойчивости системы на макро-уровне и перестройке его структуры.

Наблюдаемость

Принцип наблюдаемости  подчеркивает ограниченность и относительность  наших представлений о системе  в конечном эксперименте. В синергетике это относительность интерпретаций к масштабу наблюдений и изначально ожидаемому результату. То, что было хаосом с позиций макро-уровня, превращается в структуру при переходе к масштабам микро-уровня. Т.е. сами понятия порядка и хаоса, Бытия и Становления относительны к масштабу-окну наблюдений.

Целостное описание иерархической системы складывается из коммуникации между наблюдателями  разных уровней, подобно тому, как  общая карта области сшивается из мозаики карт районов.В социальных системах огромную роль начинают играть культуро-исторические, личностные особенности наблюдателей.

2.Синергетика  и самоорганизация

  У синергетики,  как и у других наук, сложился собственный предмет исследования. Она изучает закономерности и механизмы самоорганизации (перехода от хаоса к порядку) в открытых нелинейных системах сложной конфигурации, каковыми, безусловно, являются и природа в целом, и человеческое общество, и многие системы искусственного происхождения. Будучи тесно связанной с кибернетикой, математическим моделированием и системным подходом к изучению реальности, синергетика расширяет наши представления о самодвижении и развитии материи, взаимосвязи материального и духовного, позволяет по-иному взглянуть на эволюционные процессы в природе, на процессы возникновения жизни и человека, на перспективы человеческой цивилизации в космологических пространственно-временных масштабах.Специфика предмета синергетики состоит в том, что она изучает процессы самоорганизации в открытых системах под углом зрения нелинейного мышления. Объектом же исследования являются сложноорганизованные неравновесные системы, находящиеся на различных стадиях перехода от хаоса к порядку и обратно. Эвристические возможности синергетики находят применение практически во всех областях знания.

  Формируя свой категориальный аппарат, синергетика нащупывает также закономерности, отражающие специфику нового мировидения. К ним следует отнести закономерности самоорганизации в открытых нелинейных системах, закономерности протекания диссипативных процессов в различных средах, закономерности проявления фрактальности, закономерности в бифуркационных ситуациях и т.д. Синергетические закономерности обнаруживают себя как в материальном мире косной (неорганической) природы, так и в мире живой природы, в том числе и в социуме.

  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.

    Опираясь на основополагающий замысел Г. Хакена и ранее приведенную формулировку, можно предложить следующее определение: синергетика - научное направление, изучающее процессы образования и массовых (коллективных) взаимодействий объектов (элементов, подсистем): происходящие в открытых системах в неравновесных условиях; сопровождающиеся интенсивным обменом веществом и энергией подсистем с системой и системы с окружающей средой; характеризуемые самопроизвольностью (отсутствием жесткой детерминации извне) поведения объектов (подсистем), сочетающейся с их взаимосодействием и имеющие результатом упорядочение, самоорганизацию, уменьшение энтропии, также эволюцию систем.

 Так же  целесообразно отклонится от стремления к определению именно синергетики и констатировать то, чем реально занимаются специалисты в связи с исследованиями по синергетике. В связи с этим необходимо дать определение синергетической концепции самоорганизации. Термин «концепция самоорганизации» шире часто употребляемого синонима «синергетика».

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.

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).

4. 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.

5. Направленность  процессов самоорганизации обусловлена  внутренними свойствами объектов (подсистем) в их индивидуальном  и коллективном проявлении, а  также воздействиями со стороны  среды, в которую «погружена»  система.

6. Поведение  элементов (подсистем) и системы  в целом, существенным образом  характеризуется спонтанностью  - акты поведения не являются  строго детерминированными.

7. 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.

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.

Исходя из вышеизложенного  можно сделать вывод о том, что главной идеей синергетики является идея о принципиальной возможности спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации; синергетика сформулировала принцип самодвижения в неживой природе, создание более сложных систем из более простых; в синергетике исследуются механизмы возникновения новых состояний, структур и форм в процессе самоорганизации. Из всего этого следует, что синергетика опирается на принцип положительной обратной связи, когда изменения, возникающие в системе, постепенно накапливаются и в конце концов приводят к разрушению старой и возникновению новой системы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.1. Основные концепции  самоорганизации  Г.Хакена

    Синергетика является наиболее общей на данный момент теорией самоорганизации  и  изучает закономерности этих явлений  во всех типах материальных систем. Как пишет Г. Хакен, принципы самоорганизации  распространяются «от морфогенеза  в биологии, некоторых аспектов функционирования мозга до флаттера крыла самолета, от молекулярной физики до космических  масштабов эволюции звезд, от мышечного  сокращения до вспучивания конструкций». Синергетика претендует на открытие универсальных механизмов самоорганизации  как в живой, так и в неживой  природе. Теоретической основой  синергетики выступает термодинамика  нелинейных систем, или неравновесная  термодинамика.

    Исходным  принципом синергетической концепции  является различие процессов в открытых и закрытых системах. Синергетика  в качестве предмета изучения выбирает открытые системы. По мнению ее создателей, именно открытые системы являются универсальными, а протекающие в них процессы способствуют самоорганизации мира. Система называется самоорганизирующейся, если она без специального воздействия  извне обретает новую пространственную, временную или иную структуру. Главные  свойства открытых самоорганизирующихся систем – неустойчивость и нелинейность.

    Опираясь  на это знание, синергетика предлагает следующее объяснение механизма  возникновения порядка из хаоса. Пока система находится в состоянии  термодинамического равновесия, все  ее элементы ведут себя независимо друг от друга и на создание упорядоченных  структур неспособны. В какой-то момент поведение открытой системы становится неоднозначным. Та точка, в которой  проявляется неоднозначность процессов, называется точкой бифуркации (разветвления). В точке бифуркации изменяется роль внешних для системы влияний: ничтожно малое воздействие приводит к значительным и даже непредсказуемым  последствиям. Между системой и средой устанавливается отношение положительной  обратной связи, т.е. система начинает влиять на окружающую среду таким  образом, что формирует условия, способствующие изменениям в ней  самой. Т.е. система противостоит разрушительным влияниям  среды, меняя условия  своего существования.

    Под влиянием энергетических взаимодействий с окружающей средой в открытых системах возникают так называемые эффекты  согласования и кооперации, когда  различные элементы начинают действовать  в унисон. Такое согласованное поведение синергетика называет когерентным. После возникновения новая структура, называемая диссипативной, включается в дальнейший процесс самоорганизации материи.

    Таким образом, внешние взаимодействия оказываются  фактором внутренней самоорганизации  систем, которые в свою очередь  способствуют самоорганизации других систем и т.д. Взаимодействие системы  со средой оказывается существенным условием ее эволюции.

    Направление развития системы после прохождения  точки бифуркации оказывается непредсказуемым. Однозначно спрогнозировать будущее  открытой неравновесной системы  оказывается невозможным. Таким  образом, ключевую роль в процессах  самоорганизации играют случайные  факторы.

    Синергетика утверждает, что законы самоорганизации  действуют на всех уровнях материи, поэтому синергетический подход позволяет преодолеть разрыв между  живой и неживой природой и  объяснить происхождение жизни  через самоорганизацию неорганических систем.