double arrow

Естественнонаучные начала синергетики


Тема 6.

Самоорганізація

Основні поняття: Природно-наукові засади синергетики. Ентропія. Самоорганізація як ґрунтовний процес природи. Антиентропійна спрямованість самоорганізації. Сутнісний зміст синергетики.

Синергетична концепція самоорганізації. Основні положення синергетичної концепції самоорганізації. Аттрактори, біфуркація, фрактали, детермінований хаос. Процеси самоорганізації. Необерненість і неповторюваність самоорганізації. Принципи самоорга­нізації: принцип від'ємного зворотного зв'язку; принцип позитивного зворотного зв'язку. Спонтанність і випадковість.

Гнучкість організації. Гнучкість процесу: гнучкість орієнтації й реалізації. Гнучкість системи: фактори й результати гнучкості системи. Виробнича гнучкість: фактори та функціональні й структурні ознаки виробничої гнучкості.

Сталість організації. Статична й динамічна сталість. Типи сталості: внутрішня, зовнішня й спадкова сталості; кількісна й структурна сталості. Несталий стан системи. Сталість і управління змінами.

Заняття 6.1.

1. Природно-наукові засади синергетики. Ентропія. Самоорганізація як ґрунтовний процес природи. Антиентропійна спрямованість самоорганізації. Сутнісний зміст синергетики.

2. Синергетична концепція самоорганізації. Основні положення синергетичної концепції самоорганізації. Аттрактори, біфуркація, фрактали, детермінований хаос. Процеси самоорганізації. Необерненість і неповторюваність самоорганізації. Принципи самоорга­нізації: принцип від'ємного зворотного зв'язку; принцип позитивного зворотного зв'язку. Спонтанність і випадковість.

Вопрос 1.

Естественнонаучные начала синергетики

Синергетика основана на принципиально новом видении мира и новом понимании процессов развития по сравнению с тем преобладающим способом видения, который господствовал в классической науке на протяжении предшествующих столетий — науке И. Ньютона и П. Лапласа: случайность исключалась как нечто внешнее и несущественное; протекающие в мире процессы представлялись обратимыми во времени и предсказуемыми на неограниченно долгий период; эволюция считалась процессом, лишенным отклонений, возвратов, побочных явлений.

В классической науке XIX в. господствовало убеждение, что материи изначально присуща тенденция к разрушению всякой упорядоченности, стремление к исходному равновесию (в энергетическом смысле это и означало хаос). Такой взгляд на вещи сформировался под воздействием представлений равновесной термодинамики, науки, занимающейся процессами взаимопревращения различных видов энергии. Установлено, что взаимное превращение тепла и работы неравнозначно: работа может полностью превратиться в тепло трением или другими способами, а вот тепло полностью превратить в работу принципиально невозможно. Следовательно, во взаимопереходах одних видов энергии в другие существует определенная самой природой направленность. Знаменитое второе начало (закон) термодинамики в формулировке немецкого физика Р. Клаузиуса — о том, что теплота не переходит самопроизвольно от холодного тела к более горячему.




В термодинамику было введено понятие энтропии, под которой понимается мера беспорядка системы. Более точная формулировка второго начала термодинамики приняла такой вид: при самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает. Максимальная энтропия означает полное термо­динамическое равновесие, что эквивалентно хаосу (чем больше степень энтропии в системе, тем меньше степень порядка).

Единственным «укором» термодинамике служила дарвиновская теория эволюции, согласно которой процесс развития растительного и животного мира характеризуется непрерывным усложнением, нарастанием высоты организации и порядка. Живая природа стремится прочь от термодинамического равновесия и хаоса.

Так обнаружилась «нестыковка» законов развития живой и неживой природы. Стало ясно, что для сохранения непротиворечивости общей картины мира необходимо постулировать наличие у материи в целом не только разрушительной, но и созидательной тенденции. Материя способна осуществлять работу и против термодинамического равновесия, самоорганизовываться и самоусложняться.



Постулат о способности материи к саморазвитию был введен в философию в античные времена, тогда как его необходимость в фундаментальных естественных науках стала осознаваться лишь в последнее время. Таким образом сформировались предпосылки для возникновения теории самоорганизации.

Понятие самоорганизации находится в центре современных представлений об эволюционных процессах. И. Пригожин одним из первых установил, что системы, предоставленные сами себе, могут уменьшать энтропию вопреки всем ранее известным представлениям. Ю. Антоногов писал, что в природе есть закон, отражающий антиэнтропийное движение и, вероятно, возможен еще один закон перехода вещества в организацию.

Теперь все шире признается, что самоорганизация — фундаментальный процесс природы. Установлено, что существуют взаимосвязанные и взаимообусловленные материальные объекты с равновесной и неравновесной структурной организацией вещества. Одни из них образуются в ходе процесса, стремящегося к равновесию, другие — в ходе процесса, стремящегося к неравновесию. Главной особенностью процесса самоорганизации является его антиэнтропийная направленность.

Термин «самоорганизация» стал применяться для обозначения естественных антиэнтропийных процессов упорядочения, имеющих иную природу, чем процесс равновесной организации (например, кристаллизации), хотя долгое время считалось, что нарушения второго закона термодинамики возможны лишь при сознательном вмешательстве человека.

Приставка «само-» подчеркивает как имманентные причины явления, так и существование различий в природе неравновесного и равновесного упорядочения, связанных с активной или пассивной их ролью в становлении соответствующего порядка (самоорганизация — активное упорядочивание).

Различать самоорганизацию и организацию при анализе сложных явлений можно только на основе различия их сущности. Самоорганизация предполагает естественное изменение состояния.

В идеях И. Пригожина, развитых Германом Хакеном в синергетику, рассматривается так называемая когерентная самоорганизация. Ее механизм связан с кооперативным взаимодействием множества однородных компонентов, приводящим к синхронизации внутренних процессов и их когерентному поведению. Такой механизм Г. Хакен назвал синергетическим (от греческого synergia — совместное кооперативное действие). Термин «синергетика» введен Г. Хакеном для обозначения междисциплинарного направления, предоставляющего благодаря ре­зультатам исследований в области теории лазеров и неравновесных фазовых переходов идейную основу для плодотворного сотрудничества исследователей в различных областях. Синергетика, по Г. Хакену, занимается изучением систем, состоящих из большого числа час­тей и сложным образом взаимодействующих между собой. У Г. Хакена в этом отношении были предшественники: Ч. Шеррингтон, И. Забуский и др. Но они говорили лишь о частных примерах синергетических процессов.

Некоторые авторитетные авторы высказываются о синергетике как о новой научной парадигме. Под парадигмой в философии науки понимают определенную совокупность общепринятых в научном сообществе идей и методов (образцов) научного исследования. Синергетику как новую парадигму можно кратко охарактеризовать тремя ключевыми идеями: нелинейность, самоорганизация, открытые системы.

В отношении самоорганизации Г. Хакен писал: «Полезно иметь какое-нибудь подходящее определение самоорганизации. Мы называем систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную и функциональную структуру. Под специфическим воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру или функционирование. В случае же самоорганизации система испытывает неспецифическое воздействие. Например, жидкость, подогреваемая снизу, совершенно равномерно обретает в результате самоорганизации макроструктуру, образуя шестиугольные ячейки».

В настоящее время общепризнанным можно считать представление о самоорганизации как о спонтанном переходе открытой неравновесной системы от менее сложных и упорядоченных форм организации к более сложным.

С точки зрения теории динамического хаоса феномен самоорганизации можно рассматривать в виде рождения структуры из хаоса структур. Система, в которой стохастичность траекторий есть следствие внутренних взаимодействий, а не случайных внешних воздействий, называется динамическим хаосом — движение частиц рассматривается как случайное.

Обобщая вышеизложенное, можно отметить, что синергетика (от греческого synergetikos — совместный, согласованно действующий) — научное направление, изучающее процессы образования и коллективных взаимодействий объектов (элементов, подсистем):

происходящие в открытых системах при 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;

имеющие результатом упорядочение, самоорганизацию, уменьшение энтропии, а также эволюцию систем.

Вопрос 2.

Заказать ✍️ написание учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Сейчас читают про:
Поможем в написании
> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%
3 569 лучших специалисов, готовы оказать помощь 24/7