Синергетика,
Теория изменений и
3. теория катастроф.
Они возникли в ответ на кризис исчерпавшего себя классического, линейного мышления, основными чертами которого являются:
1) мир связан жесткими причинно-следственными связями; причинные цепи носят линейный характер, а следствие если и не тождественно причине, то пропорционально ей, т. е. чем больше вложено энергии, тем большим будет результат.
2) развитие линейно, поступательно, последовательно (варианты и альтернативы могут быть только случайными отклонениями от магистрального течения, подчинены ему и в конечном счете поглощаются им);
3) процессы, происходящие в мире, являются обратимыми во времени, предсказуемыми и ретросказуемыми на неограниченно большие промежутки времени;
4) рассмотрение случайности, неравновесности и неустойчивости, как второстепенных, побочных факторов, играющих негативную, разрушительную роль;
5) утверждение, что мир считается независимым от микрофлуктуаций (колебаний) низлежащих уровней бытия и космических влияний;
6) представление о хаосе как исключительно деструктивном начале мира;
То есть, фактически речь идет о механистической картине мира и механицизме как методе, подходящем к миру как гигантскому механизму, а к отдельным объектам и процессам как деталям этого механизма.
Естественнонаучная критика этой картины началась в XIX веке, когда термодинамика поставила под вопрос вневременной характер механистической картины мира, доказывая, что если бы мир был гигантской машиной, то она неизбежно должна была бы остановиться, так как запас полезной энергии рано или поздно был бы исчерпан. Несмотря на это, механистическая парадигма остается до сих пор «точкой отсчета», образуя центральное ядро науки в целом, не говоря уже о большинстве социальных наук, в особенности, экономике, которые еще находятся в полной ее власти.
Особенно неприемлемо в механицизме рассмотрение объекта как простой «суммы» его частей, что неизбежно ограничивает исследование уровнем подсистем, а это недостаточно для познания объекта. Кроме того, «механизмы», «машины», в качестве которых изучается объект, являются замкнутыми, закрытыми системами, находящимися в устойчивом, равновесном состоянии, а подобные системы составляют лишь небольшую часть мира. Большинство систем являются открытыми, как, например, биологические и социальные, и редко находятся в устойчивом, равновесном состоянии, поэтому любые попытки понять их в пределах механистического мировоззрения обречены на провал.
1.Синергетика,
Этимологически синергетика происходит от греческого «синергетикос» - совместный, согласованно действующий. На первом этапе развития под синергетикой понимали область научных исследований, целью которых было выявление общих закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения упорядоченных временных и пространственных структур в сложных неравновесных системах различной природы (физических, химических, биологических, социальных и т. д).
Здесь «совместное, согласованное действие» может быть как следствием самоорганизации (в результате развития с пространственных неустойчивостей в системе), так и следствием вынужденной организации за счет внешних воздействий.
Основные положения синергетики были сформулированы профессором Штутгартского университета Г. Хакеном, и представляли собой эвристический метод исследования открытых самоорганизующихся систем, подверженных кооперативному эффекту, который сопровождается образованием пространственных, временных или функциональных структур; или, кратко, процессов самоорганизации систем различной природы.
На неприменимость механицизма как универсальной модели мира указывали еще Д. Дидро и Ф. Шеллинг, в XX веке – С.Н. Булгаков и А. Раппопорт, критикуя ее с философской точки зрения.
Примеры, попадающие в сферу интересов синергетики, Хакен приводит из самых разнообразных областей науки.
В физике он уделяет особое внимание образованию пространственных структур в жидкостях. Это, в частности, возникновение вихрей Тейлора в жидкости, заключенной между коаксиальными цилиндрами. При достижении некоторой критической скорости вращения одного из цилиндров, в жидкости образуются ярко выраженные осциллирующие слои. Другой пример — конвективная неустойчивость Бенара (ячейки Бенара). Здесь речь идет о возникновении структур, напоминающих пчелиные соты в жидкости, налитой в плоский сосуд и подогреваемой снизу. Большую роль в возникновении синергетики сыграло изучение Г. Хакеном процессов генерации когерентного излучения в лазерах, поскольку этот процесс поддается теоретическому анализу и может проверяться экспериментально.
В области химии, наиболее впечатляющим примером самоорганизации является открытая в 1956 г. Б. П. Белоусовым химическая колебательная реакция, получившая название реакции Белоусова — Жаботинского, или «химические часы».
Реакции открыл в 1956 году советский ученый Б.Белоусов. В 1970 году А.Жаботинский и А.Заикин создали химически активную среду, где воочию можно было наблюдать автоволновой химический процессор: тонкий слой раствора через определенные промежутки времени менял свою окраску, словно живой.
Специально подобранные реагенты в этой реакции, образуя сильно неравновесную открытую систему, взаимодействуют таким образом, что цвет раствора периодически меняется с красного на синий.
Под воздействием BrO3-, H+ в растворе происходят реакции:
Ce3+ à Сe4+
окисление, цвет раствора голубой.
Сe4+ à Сe3+
восстановление, цвет раствора красный. Таким образом, имеется автоколебательный процесс изменения концентрации четырехвалентного церия с одновременным варьированием цвета
На поверхности раствора появляются поверхностные волны (химические спиральные волны)
Автоволновая реакция Белоусова - Жаботинского.
На её основе можно создать специальный химический реактор процессор для аналоговой ЭВМ.
В дальнейшем были обнаружены и более сложные реакции подобного типа, в которых менялся не только цвет раствора, но возникали и разноокрашенные пространственные структуры в виде концентрических колец и спиральных волн.
Сфера техники дает многочисленные примеры, имеющие синергетический характер. Это разрушение мостов при закритическом нагружении, деформации тонких оболочек, в которых возникают шестиугольные ячеистые структуры и др.
Объекты живой природы образуют громадное множество высокоорганизованных структур. Поэтому биология является важнейшей сферой приложения синергетики.
Автоволновые колебания сопровождают нас повсюду. Это и передача информации в живом организме, и сокращение сердечной мышцы, и начальные этапы морфогенеза у некоторых простых организмов, и процессы активации катализаторов, и многое, многое другое. Эти реакции, в настоящее время, приспосабливают для построения ЭВМ.
Т.о. синергетика, изучая законы самоорганизации, самодезорганизации и самоуправления сложных систем, она дает то универсальное знание законов самоорганизации и развития систем, в котором давно назрела насущная потребность.
Она, как и другие теории самоорганизации, пытается восполнить «белые пятна», которые оставил после себя механицизм, главное среди которых — практически полное отсутствие обобщений, касающихся поведения открытых систем.
В настоящее время синергетика понимается как наука о математическом моделировании перехода систем из одного устойчивого состояния в другое. Совокупность знаний о хаосе и порядке, переходных процессах, фракталах и нелинейности, которые называют синергетикой, понимают и как теорию, и как учение, и как науку, и как мировоззрение, исходящие из самых различных образов, фактов, представлений о хаосе, порядке, когерентности, переходных и кооперативных процессах в природе, обществе, духовном мире. Перечень идей, формирующих синергетику как парадигму, включает в себя нелинейность, самоорганизацию, открытость системы, ее неравновесность и т. д.
Существуют четыре основных подхода к сущности понятия синергетика.
Синергетика — это:
1) парадигма — система идей, принципов, образов, представлений, из которых, возможно, со временем вырастет фундаментальная научная теория, или общенаучная теория, или даже мировоззрение;
2) ряд частнонаучных теорий (в физике, химии, биохимии, биологии, социологии, психологии и других науках), объединяемых идеями нелинейности, открытости, переходности, неравновесности процессов, идущих в системах;
3) общенаучная теория (которая пока еще складывается), т. е. как теория диссипативных структур (в понимании И. Пригожина), либо теория самоорганизующихся систем (по Г. Хакену), либо теория переходных процессов, взаимопревращения хаоса и порядка и т. п.;
4) новое мировоззрение, преодолевающее господствующее пока в науке мышление с установившимися неизменными понятиями (платоновская традиция) и утверждающее мышление, основанное на «становящихся», переходных, нестабильных, фрактальных формах и образах.
Задача синергетики состоит в нахождении и детальном исследовании тех базовых моделей, которые исходят из наиболее типичных предположений о свойствах отдельных элементов, составляющих систему, и законах взаимодействия между ними. Поскольку главным отличительным свойством изучаемых систем являются протекающие в них процессы самоорганизации, синергетику можно также рассматривать как общую теорию самоорганизации в системах различной природы.
Объединяющим началом в синергетике являются объекты исследований - открытые сложные нелинейные системы с обратными связями. Разумеется, такие системы изучались и ранее без использования термина «синергетика». Общая трудность подобных исследований — исключительная сложность, и громоздкость точного математического описания, особенно если в системе работает множество обратных связей.
Целесообразность синергетических исследований обуславливается тем, что способы и формы кооперации многих подсистем какой-либо системы подчиняется одним и тем же принципам независимо от природы подсистем.Познание этих принципов позволяет по-новому подойти и к проблеме рационального управления развитием сложных систем.
С точки зрения синергетики нельзя, например, при управлении развитием природной или социальной системы навязывать несвойственные ей формы организации. Изучив систему, необходимо увеличивать не силу управляющего воздействия, а увеличивать согласованность воздействия с собственными тенденциями системы.
Синергетика, как теория самоорганизации, исходит из того, что сложным системам (к таковым следует отнести и социально-экономические системы) нельзя навязывать пути их развития, а скорее, необходимо понять, как способствовать их собственным тенденциям развития, как выводить системы на эти пути, понять законы совместной жизни природы и человечества, их коэволюции.
Для сложных систем существует несколько альтернативных путей развития, выбор которых зависит от исхода борьбы противоборствующих сил. В этой связи становится актуальным научное обоснование выбора такого пути.
Г. Хакен, выступая на первой в СССР конференции по синергетике, определил цели, которые синергетика ставит перед собой, так: перегруженную огромным количеством деталей информацию о системах различной природы, изучаемых современной наукой, необходимо сжать, превратив в небольшое число законов или концепций.
По выражению английского кибернетика С. Вира, данные превратились в новейшую разновидность загрязнения окружающей среды — их избыток породил информационный голод. Появление концепций самоорганизации (синергетики, в частности) можно рассматривать как новый важный этап эволюции науки, наступившей за суперспециализацией, несущий новые возможности диалога наук и новые подходы к их преподаванию.
Роль синергетики как новой научной картины мира и методологии исследования процессов движения систем еще более возрастает, если учитывать ее синтетический, по существу, характер.
Выделяются следующие базовые понятия частных теорий синергетики:
1. Нелинейность означает несохранение аддитивности в процессе развития представляемых систем. Любое явление понимается как момент эволюции, как процесс развития.
2. Неустойчивость означает несохранение «близости» состояний системы в процессе ее эволюции и существенная зависимость от изменения значения системообразующих параметров.
3. Открытость означает признание обмена системы веществом, энергией, информацией с окружающей средой и, следовательно, признание системы как состоящей из элементов, связанных структурой, так и включенности в качестве подсистемы, элемента в иное целое.
4. Подчинение означает, что функционирование и развитие системы определяются процессами в ее подсистемах при возникновении иерархии масштабов времени. Это принцип «самоупрощения» системы, т. е. сведения ее динамического описания к малому числу параметров порядка.
Содержательный блок методологии синергетики включает в себя принципы:
1. Принцип становления, утверждающий, что главная форма бытия - не ставшее, а становящееся, не покой, а движение, не завершенные, вечные, устойчиво-целостные формы, а переходные, промежуточные, временные образования. Становление выражается через две свои крайности - хаос и порядок. Хаос - основа сложности, случайности, творения - разрушения, конструкции - деконструкции. Порядок - основа простоты, необходимости, закона, красоты, гармонии.
2. Принцип узнавания означает узнавание (открытие) бытия как
становления. При этом параметры порядка играют двоякую роль:
сообщают системе, как вести себя, и доводят до сведения наблюдателя нечто о макроскопическом состоянии системы.
3. Принцип согласия (коммуникативности, диалогичности), означает, что бытие как становление формируется и узнается лишь в ходе диалога, коммуникативного, доброжелательного взаимодействия субъектов и установления гармонии в результате диалога.
4. Принцип соответствия, означающий возможность перехода от досинергетической (классической, «неклассической» и «постнеклассической») науки к синергетической (как по интуитивным соображении, так и по формальным параметрам).
5. Принцип дополнительности, означающий независимость и принципиальную частичность, неполноту как досинергегичсскою описания реальности (без синергетического), так и частичность синергетического (без досинергетического); бытие предстает то как ставшее (платоновское), то как становящееся (неплатонистское). Бытие - и то, и это.
Помимо различий, у синергетики (и других теорий самоорганизации) и системных исследований есть и общее. Их объединяют принципы системности, развития, изоморфизма, типология систем. Как уже отмечалось выше, синергетика впитала в себя все значимые для исследования процессов самоорганизации теоретические и методологические выводы системных исследований. Соотношение синергетики и системных исследований (общая теория систем, системный анализ, системный подход) показывает табл. 3.1.
Таблица 3.1
Соотношение системных исследований и синергетики
| Системные исследования | Синергетика |
| 1.Акцент на статике систем, их морфологическом, и реже, функциональном описании. | 1.Акцентирует внимание на процессах роста, развития и разрушения систем. |
| 2. Придают большое значение упорядоченности, равновесию. | 2. Считает, что хаос играет важную роль в процессах движения систем, причем не только деструктивную. |
| 3. Изучает процессы организации систем. | 3. Изучает процессы самоорганизации систем. |
| 4. Уделяет основное внимание структуре систем, абстрагируясь от кооперативных процессов. | 4. Уделяет основное внимание кооперативным процессам, лежащим в основе самоорганизации и развития систем. |
| 5. Проблема взаимосвязи рассматривается, в основном, как взаимосвязь компонентов внутри системы. | 5. Изучает совокупность внутренних и внешних взаимосвязей в системе. |
| 6. Источник движения видит в самой системе. | 6. Признает большую роль внешней среды в процессе изменений. |