Синергетика

СИНЕРГЕТИКА ЯК НОВЕ НАПРЯМ РОЗВИТКУ НАУКИ.

В останні роки простежується бурхливий і бурхливий ріст інтересу до міждисциплінарного напрямку, який отримав назву «синергетика». Видаються солідні монографії, підручники, виходять сотні статей, проводяться національні і впливові міжнародні конференції. Серія «Синергетика», що виходить відомим видавництвом «Шпрингер», налічує майже сім десятків випусків і продовжує розширюватися тематично.

Цель даної роботи — спробувати на доступному рівні визначити істота синергетики, як нового напрями сучасній науковій думки і окреслити коло досліджуваних нею питань з позиції недосвідченого розуму молодого аспіранта. Посилання на недосвідченість істотна, і чому. Література у справі, як згадувалося вище, широка. Проте, у викритті питання вони або спирається на спеціальні знання приватних наукових теорій (що допомагає неспеціалісту у цих областях), чи навіть що у певної міри популярної Демшевського не дозволяє побачити глибоку суть напрями. Отже, дана робота, по суті, компіляція багатьох джерел, результат пошуку певної золотий середини описання синергетики як перспективного напрями сучасній науковій думки.

Синергетика Хакена.

Создателем синергетичного напряму, і винахідником терміна «синергетика «є професор Штутгартського університету та директора Інституту теоретичної фізики та синергетики Герман Хакен. Сам термін «синергетика» походить від «синергена» — сприяння, співробітництво, «вместедействие».

По Хакену, синергетика займається вивченням систем, які з великого (дуже великої, «величезного») числа частин, компонент чи підсистем, одне слово, деталей, складним чином взаємодіючих між собою. Слово «синергетика» і означає «спільну дію», підкреслюючи узгодженість функціонування частин, відтворену поведінці системи в цілому.

Предтечи синергетики.

Подобно тому, як запропонований Норбертом Вінером термін «кібернетика» мав попередників від імені кібернетики Ампера, мала дуже непрямий стосунок до «науці про управління, отриманні, передачі і перетворення інформацією кібернетичних системах», синергетика Хакена також мала «попередниць» під назвою: синергетику Ч. Шеррингтона, синергію З. Улана, синергетичний підхід І. Забуского.

Ч. Шеррингтон називав синергетическим, чи интегративным, узгоджене вплив нервової системи (спинного мозку) при управлінні м’язовими рухами (узгоджене дію сгибательных і разгибательных м’язів — протагоніста і антигониста).

С. Улам був безпосереднім учасником однієї з перших про чисельні експериментів на ЕОМ першого покоління (ЭНИВАКе) і зрозумів усю важливість та користь «синергії, т. е. безперервного співпраці між машиною і його оператором», здійснюваного у сприйнятті сучасних машинах з допомогою виведення інформації на дисплей.

И. Забуский до середини 1960;х років, реалістично оцінюючи обмежені можливості аналітичного, і чисельного підходу до розв’язання нелінійних завдань, дійшов висновку про необхідність єдиного синтетичного підходу. За словами, «синергетичний підхід до нелінійним математичним і фізичним завданням можна з’ясувати, як спільного використання звичайного аналізу та чисельної машинної математики щоб одержати рішень розумно поставлених питань математичного й фізичного змісту системи рівнянь».

Подчеркнем, що у всіх випадках ідеться про узгодженому дії.

Отсутствие стандарту термінів.

Синергетика, що вивчає процесів самоорганізації та механізм виникнення, підтримки, стійкості й розпаду структур самої різної природи, ще далекою від завершення і єдиною загальноприйнятої термінології (зокрема і єдиної назви всієї теорії) наразі немає. Бурхливі темпи розвитку нової області, позбавляють часу на уніфікацію понять і у струнку систему всього комплексу накопичених фактів. З іншого боку, дослідження, у нової області через її специфіки ведуться силами і коштами багатьох сучасних наук, кожна з яких має властивими їй методами і сформованої термінологією. Паралелізм і розбіжності в термінології і системах основних понять значною мірою обумовлені також відмінностями в підході і поглядах окремих наукових шкіл і напрямків й у акцентування ними різних аспектів складного й різноманітного процесу самоорганізації. Відсутність в синергетики єдиного узвичаєного наукового мови глибоко символічно науці, що займається явищами розвитку та якісного перетворення.

Зрозуміло, суворе визначення синергетики вимагає уточнення те, що можна вважати великою кількістю частин 17-ї та які взаємодії підпадає під категорію складних. Вважається, що зараз суворе визначення, навіть коли вона було можливим, була б явно передчасним. Тому далі (як й у роботах самого Хакена та її послідовників) йтиметься лише про описі те, що включає у собі поняття «синергетика », і її відмінних рис.

Междисциплинарность синергетики.

Системы, складові предмет вивчення синергетики, може бути самої різної природи й змістовно і спеціально вивчатися різними науками, наприклад, фізикою, хімією, біологією, математикою, нейрофизиологией, економікою, соціологією, лінгвістикою (перелік наук легко можна було продовжити). Кожна з наук вивчає «свої «системи своїми, лише їй властивими, методами і формулює результати на «своєму «мові. За існуючої далеко зашедшей диференціації науки усе веде до того що, досягнення однієї науки найчастіше стають недоступними увазі і більше розумінню представники інших наук.

В на відміну від традиційних областей науки синергетику цікавлять загальні закономірності еволюції (розвитку в часу) систем будь-який природи. Отрешаясь від специфічної природи систем, синергетика отримує можливість описувати їх еволюцію на інтернаціональному мові, встановлюючи свого роду ізоморфізм двох явищ, досліджуваних специфічними засобами двох різних наук, але вже мають загальну модель, чи, точніше, наведених до спільної моделі. Виявлення єдності моделі дозволяє синергетики робити надбання області науки доступним розумінню представників зовсім інша, можливо, дуже далекою від нього галузі переносити результати однієї науки на, начебто, чужорідну грунт.

Следует особливо наголосити, що синергетика це не одній з прикордонних наук типу фізичної хімії чи математичної біології, виникаючих з кінця двох наук (наука, на чию предметну область відбувається вторгнення, в назві прикордонної науки представлена іменником; наука, чиїми засобами виробляється «вторгнення », представлена прикметником; наприклад, математична біологія займається вивченням традиційних об'єктів біології математичними методами). За задумом творця професора Хакена, синергетика покликана зайняти позицію свого роду метанауки, котрий помічає і изучаюшей загальний характер тих закономірностей і залежностей, які приватні науки вважали «своїми ». Тому синергетика виникає не так на стику наук на більш більш-менш широкої чи вузької прикордонної області, а дістає які мають нею інтерес системи з відерця самій серцевини предметної області приватних наук і досліджує ці системи, не апелюючи до природі, своїми специфічними засобами, які мають загальний («інтернаціональний ») характер стосовно приватним наук. Фізик, біолог, хімік і математик бачать свій матеріал, і з них, при застосуванні методів своєї науки, збагачує динаміка загального запасу ідей методів синергетики.

Как і наукова дисципліна, що народилося у другій половині сучасності, синергетика виникла не так на порожньому місці. Її можна як наступницю і продолжательницу багатьох розділів точного природознавства, насамперед (але лише) теорії коливань та якісної теорії диференційних рівнянь. Саме теорія коливань з її «інтернаціональним мовою », а згодом і «нелінійним мисленням «(Л.И. Мандельштам) стала синергетики прототипом науки, що займається побудовою моделей систем різної природи, обслуговуючих різні ділянки науки. А якісна теорія диференційних рівнянь, започаткована ще було покладено в працях Анрі Пуанкаре, і виросла з неї сучасна загальна теорія динамічних систем озброїла синергетику значною частиною математичного апарату.

Взгляд з позиції теорії динамічних систем.

Любые об'єкти навколишнього нас світу є системи, тобто сукупність складових елементів і перетинів поміж ними.

Элементы будь-який системи, своєю чергою, завжди мають деякою самостійністю поведінки. При будь-якому формулюванні наукової проблеми завжди є припущення, які відсувають за дужки розгляду якісь несуттєві параметри окремих елементів. Однак це мікрорівень самостійності елементів системи існує завжди. Оскільки руху елементів в таких межах звичайно становлять інтересу для дослідника, їх прийнято називати «флуктуаціями». У нашій повсякденного життя ми також концентруємося великих, інформативних подіях, не звертаючи увагу малі, непомітні незначні процеси.

Малый рівень індивідуальних проявів окремих елементів дозволяє говорити про існування у системі деяких механізмів колективного взаємодії - зворотного зв’язку. Коли колективне, системне взаємодія елементів призводить до того, що ті чи інші руху складових придушуються, треба говорити про наявності негативних зворотного зв’язку. Власне, саме негативні зворотний зв’язок та створюють системи, як стійкі, консервативні, стабільні об'єднання елементів. Саме негативні зворотний зв’язок, в такий спосіб, створюють і навколишній світ, як стійку систему стійких систем.

Стабильность і стійкість, проте, є незмінними. При певних зовнішніх умов характер колективного взаємодії елементів змінюється радикально. Домінуючу роль починають грати позитивні зворотний зв’язок, які придушують, а навпаки — посилюють індивідуальні руху складових. Флуктуації, малі руху, незначні колись процеси виходять макрорівень. Це означає, крім іншого, виникнення нової структури, нового порядку, нової організації у вихідної системі.

Момент, коли вихідна система втрачає структурну стійкість і здатні якісно перероджується, визначається системними законами, оперирующими такими системними величинами, як енергія, ентропія.

" Мені здається, що особливу роль світовому еволюційному процесі грає принцип мінімуму диссипации енергії. Сформулюю її таким от чином: якщо припустимо не єдине стан системи (процесу), а ціла сукупність станів, які з законами збереження та зв’язками, накладеними на систему (процес), то реалізується що його стан, якому відповідає мінімальне розсіювання енергії, чи, що таке саме, мінімальний зростання ентропії. «Н. Н. Моисеев, академік РАН.

Справедливости слід відзначити, що принцип мінімуму диссипации (розсіювання) енергії, наведений раніше у викладі академіка Моїсєєва, зізнається як універсального природничонаукового закону. Ілля Пригожин, зокрема, зазначив тип систем, не підпорядковуються цьому принципу. Залишимо, проте, провідних учених фундаментальні питання. З іншого боку, вживання терміна «принцип», а чи не «закон», залишає можливість уточнення формулювань.

Моменты якісного зміни вихідної системи називаються бифуркациями гніву й описуються відповідними розділами математики — теорія катастроф, нелинейные диференціальні рівняння тощо. Коло систем, схильних до що така явищам, був настільки широкий, що дозволив казати про катастрофах і бифуркациях, як про універсальних властивості матерії.

Таким чином, рух матерії узагалі можна розглядати, як чергування етапів адаптаційного розвитку та етапів катастрофного поведінки. Адаптационное розвиток передбачає зміна параметрів системи за збереження незмінного порядку організації. При зміні зовнішніх умов параметрическая адаптація дозволяє системі пристосуватися до нових обмеженням, накладываемым середовищем.

Катастрофные етапи — це й зміна самої структури вихідної системи, її переродження, виникнення нової якості. Виявляється, нова структура дозволяє системі перейти нові термодинамічну траєкторію розвитку, що відрізняється меншою швидкістю виробництва ентропії, чи меншими темпами диссипации енергії.

Возникновение нової якості, як зазначалось, відбувається виходячи з посилення малих випадкових рухів елементів — флуктуацій. Це, зокрема пояснює те що, зараз біфуркації стану системи можливо не одне, а безліч варіантів структурного перетворення й подальшого розвитку об'єкта. Отже, саму природу обмежує наші можливості точного прогнозування розвитку, залишаючи, тим щонайменше, можливості важливих якісних висновків.

Таким чином, синергетика перебуває повністю у руслі традиційної діалектики, її законів розвитку — переходу кількісних змін — у якісні, заперечення заперечення тощо.

Исторический процес розвитку будь-яких типів систем постає маємо як чергування «спокійних» етапів зміни кількісних властивостей і «революційних» етапів якісного ускладнення структури, самоорганізації, котра піднімає системи вгору по осі складності. Синергетика впритул наблизилась до науковому опису таких явищ, як походження, походження видів, виникнення та розвитку свідомості.

Синергетический процес із соціальної погляду.

Говоря про розвиток систем в історичному плані, ми мимоволі дивимося них з позиції Господу Богу. Вчені як і правило, як дослідників займають позицію Всевишнього. І системи та їх складові - лише об'єкти розгляду. І з цього погляду вираз «системи змінюють свої властивості те щоб…» має право існування.

Однако треба говорити, зміна параметрів технічних, людино-машинних, чи соціальних систем — це робота конкретних осіб: інженерів, менеджерів, технологів, адміністраторів, бізнесменів. Історія соціальної системи — це ж наші з вами життя, повна радості, і страждань, звершень і трагедій. Те, що досліднику чи Всевишньому представляється стрибком, швидким переходом новий рівень, біфуркацією стану, для конкретних осіб може составлят цілий етап життя (а то й її).

Синергетический процес самоорганізації матерії це (з погляду Панове) нескінченне чергування етапів «спокійній» адаптації й «революційних» перероджень, виводять системи налаштувалася на нові щаблі досконалості.

Но в водночас (спускаємося з неба на грішну землю!), синергетичний процес самоорганізації матерії це нескінченне чергування етапів «спокійній» інженерної, управлінської, організаційних питань, адаптирующей існуючі об'єкти до змін середовища, і неординарних ідей, новаторських рішень, винаходів і «революційних» реорганізацій, виводять системи на цілком нові щаблі досконалості. На цих етапах людина, знайшов неординарне рішення, практично реалізує біфуркацію стану конкретної системи.

Что таке «адаптаційний етап» з нашого земного погляду? З погляду, як кажуть, элементика, який би всередині системи. Просто ми постійно займаємося оптимізацією: інженер «шліфує» конструкцію вироби, управляючий домагається кращої роботи колективу, бізнесмен — підвищення рентабельності фірми.

Что означає «катастрофный етап»? Це означає, що настає наш зоряна година: інженер винаходить нову конструкцію, управлінець проводить корінну реорганізацію, бізнесмен відкриває нову справу. Вочевидь, що рішення становлять найбільш ефективну форму людської діяльності. Уміння, по-перше, у будь-якій ситуації бачити сутнісне справи, по-друге, вчасно помітити проблему, тобто не пропустити моменту, коли обставини вимагають ламання звичних уявлень, і він, знайти одне чи кілька гарних рішень, відрізняє людей, які домагаються на успіх кожній справі.

Бифуркация стану соціальних і человекомашинных систем в такий спосіб не лише об'єктивний факт, а й продукт мисленнєвої діянь конкретних особистостей.

Итак, історія будь-який системи є чергування еволюційних етапів, коли фахівці можуть застосовувати отримані знання, і етапів бифуркационного розвитку, коли людина, здатний до неординарної мисленню, новаторства, винахідництва.

И якщо закони синергетичного розвитку універсальні, можна припустити, що у основі неординарних творчі здібності геніальних особистостей лежать саме цих законів.

Подходы до аналізу систем.

Нужно сказати, що вивченням систем, які з значної частини частин, взаємодіючих між собою тим чи іншим способом, займалися й продовжують займатися багато науки. Окремі воліють підрозділяти систему на частини, щоб потім, вивчаючи разъятые деталі, намагатися будувати більш-менш правдоподібні гіпотези про структуру чи функціонуванні системи в цілому. Інші вивчають систему як єдине ціле, віддаючи забуттю тонко налаштоване взаємодія частин. І тому, і той підходи мають своїми перевагами та недоліками.

Синергетика наводить міст через пролом, відділяють перший, редукційний, підхід від другого, холістичного. До того ж у синергетики, свого роду соединительном ланці між двома екстремістськими підходами, розгляд відбувається на проміжному, мезоскопическом рівні, і макроскопічні прояви процесів, що відбуваються на мікроскопічному рівні, виникають «самі собою », внаслідок самоорганізації, без керівної й спрямовуючої «руки », діючої ззовні системи.

Это обставина має настільки важливе значення, що синергетику можна було визначити як науку про самоорганізації.

Редукционистский підхід з його основним акцентом на деталях пов’язане з необхідністю обробки інформації про підсистемах, структурі, функціонування та взаємодії обсягом найчастіше непосильних для спостерігача, навіть збройного надсучасної обчислювальної технікою. Стиснення інформації до розумних меж здійснюється у різний спосіб. Одне з них використовують у статистичної фізики й полягає у відмові від зайвої деталізації описи й у переході від індивідуальних характеристик окремих частин до усередненим тим чи іншим способом характеристикам системи. Імпульс, отримуваний стінкою судини під час удару об неї окремої частки газу, замінюється усередненим ефектом від ударів значної частини частинок — тиском. Замість окремих складових системи статистична фізика розглядає безлічі (ансамблі) складових, замість дії, виробленого індивідуальної підсистемою, — колективні ефекти, вироблені ансамблем підсистем.

Синергетика підходить до вирішення проблеми стискування інформації з іншого боку. Замість значної частини чинників, від яких стан системи (про компонент вектора стану) синергетика розглядає нечисленні параметри порядку, від яких залежить компоненти вектора стану системи та які, своєю чергою, впливають на параметри порядку.

В переході від компонент вектора стану до нечисленним параметрами порядку укладено сенс однієї з основних принципів синергетики — з так званого принципу підпорядкування (компонент вектора стану параметрами порядку). Зворотний залежність параметрів порядку від компонент вектора стану призводить до виникнення те, що прийнято називати кругової причинністю.

О критиці синергетики і синергетиков.

Справедливости слід відзначити, що нового міждисциплінарного напрями зустріло неоднозначний прийом із боку наукових співтовариств. Хакена та її послідовників іноді звинувачують у честолюбних задумах, в навмисному запровадження легковірних на манівці. Крім того стверджується, ніби крім назви (яка має, як було зазначено вище, також були попередники), синергетика геть позбавлена елементів новизни.

В відношенні назви напрями існує цікавий контрагрумент. Навіть якби новацією були лише назва, поява синергетики було виправдано. Запропоноване Хакеном виразне назва нового міждисциплінарного напрями привертала нової напрямку вулицю значно більше уваги, ніж будь-яке «правильне », але «нудне «і лише вузькому колу спеціалістів, назва. Доречно згадати аналогічні звинувачення на адресу ще з однією теорії, що зробила свій внесок у розвиток синергетичного напрями, — теорії катастроф французького математика Рене Тома. Запропоноване ним назва, сочтенное пуристами надмірно закличним і рекламним, виявилося, особливо нематематиков, набагато більше привабливим, ніж існуючий до Тома варіант — теорія особливостей дифференцируемых відбиття.

Уже немає потреби доводити корисність синергетичного підходу і неправильно наполягати на неодмінному використанні назви «синергетика «усіма, чиї досягнення, поточні результати чи методи прибічники синергетики схильні вважати синергетическими. Явища самоорганізації, випромінювання складності, багатство режимів, породжуваних необов’язково складними системами, залишають простір всіх охочих. Кожен може знайти свою робочу майданчик й працювати міру бажання, рис і можливостей. Але не можна не відзначити, що перенесення синергетических методів в галузі точного природознавства у сфері, що вважалися безроздільними володіннями далекі від математики гуманітаріїв, розкрили одне з найбільш плідних аспектів синергетики й суттєво поглибили її розуміння.

Заключение

.

Синергетика з її статусом метанауки відпочатку була покликана зіграти роль комунікатора, що дозволяє оцінити рівень спільності результатів, моделей і методів окремих наук, їх корисність й інших наук ще й перекласти діалект конкретної науки на високу латину міждисциплінарного спілкування. Становище міждисциплінарного напрями зумовило одну важливу особливість синергетики — її відкритість, готовність до діалогу на правах безпосереднього учасника чи невибагливого посередника, бачить своє завдання у світовому забезпеченні взаєморозуміння між учасниками діалогу. Діалогічність синергетики вихлюпнеться й у характері вопрошания природи: процес дослідження закономірностей навколишнього світу у синергетики перетворився (або перебуває на стадії перетворення) з добування безликої об'єктивну інформацію на живу діалог дослідника із дикою природою, у якому роль спостерігача стає істотною, відчутною і зримою.

Общие закономірності поведінки систем, що породжують складні режими, дозволяють розглядати на змістовному, котрий іноді на кількісному рівні, такі питання, і рівень складності сприйняття навколишнього світу — як функції словникового запасу сприймає суб'єкта, роль хаотичних режимів, їх ієрархій і особливості у формуванні сенсу, граматичні категорії, як носії семантичного змісту, проблеми ностратического мовознавства (реконструкція пра-мови) як відновлення «фазового портрета» сімейства мов і культур виділення аттракторов, й багато іншого.

Является чи синергетика міждисциплінарним підходом, абсолютно новій наукою чи навіть особливим філософським поглядом — їй доведеться ще довести самої. Проте, свіжість нових ідей несподіваних підходів до відомим проблемам становить безсумнівну принадність цій галузі знання.