Кибернетика и синергетика – науки о самоорганизующихся системах

учение высказывали сомнение по поводу распространения второго закона термодинамики на всю Вселенную.

Но в мире, как мы знаем, не только господствует тяга к тепловой или другой смерти. В мире постоянно идет процесс возникновения нового, эволюции и развития разного рода систем. Согласно эволюционной теории Дарвина, живая природа развивается в направлении усовершенствования и усложнения всё новых видов растений и жи­вотных. В обществе наблюдается процесс социального творчества, т. е. созидания нового. Спрашивается, как из всеобщей тенденции к энт­ропии, дезорганизации может появиться " порядок" в живой природе и социуме. Возникновение нового казалось невероятным чудом.

Ответить на вопрос, как происходит эволюция и возникновение в природе, " решила" новая наука синергетика (совместно с новой неравновесной термодинамикой, теорией открытых систем).

Синергетика (греч. "синергетикос" - совместный, согласованно действующий) - наука, целью которой является выявление, исследо­вание общих закономерностей в процессах образования, устойчивос­ти и разрушения упорядоченных временных и пространственных структур в сложных неравноценных системах различной природы (фи­зических, химических, биологических, экологических и др.). Термин "синергетика" буквально означает "теория совместного действия". Синергетика являет собой новый этап изучения сложных систем, про­должающий и дополняющий кибернетику и общую теорию систем. Если кибернетика занимается проблемой поддержания устойчивости путем использования отрицательной обратной связи, а общая теория систем - принципами их организации (дискретностью, иерархичнос­тью и т. п.), то синергетика фиксирует свое внимание на неравновес­ности, нестабильности как естественном состоянии открытых нели­нейных систем, на множественности и неоднозначности путей их эво­люции. Синергетика исследует типы поведения таких систем, то есть нестационарные структуры, которые возникают в них под действием внешних воздействий или из-за внутренних факторов (флуктуации).

Синергетика исследует организационный момент, эффект взаи­модействия больших систем. Возникновение организационного пове­дения может быт обусловлено внешними воздействиями (вынужден­ная организация) или может быть результатом развития собственной (внутренней) неустойчивости системы в системе (самоорганизация).

Синергетика возникла в начале 70-х гг. XX века. До этого време­ни считалось, что существует непреодолимый барьер между неорга­нической и органической, живой природой. Лишь живой природе при­сущи эффекты саморегуляции и самоуправления.

Синергетика пере­кинула мост между неорганической и живой природой. Она пытается ответить на вопрос, как возникли те макросистемы, в которых мы живем. Во многих случаях процесс упорядочения и самоорганизации связан с коллективным поведением подсистем, образующих систему. Наряду с процессами самоорганизации синергетика рассматривает и вопросы самодезорганизации - возникновения хаоса в динамических

системах. Как правило, исследуемые системы являются диссипативными, открытыми системами.

Основой синергетики служит единство явлений, методов и моде­лей, с которыми приходится сталкиваться при исследовании возник­новения порядка из беспорядка или хаоса - в химии (реакция Белоусова -Жаботинского), космологии (спиральные галактики), эколо­гии (организация сообществ) и т.д. Примером самоорганизации в гид­родинамике служит образование в подогреваемой жидкости (начиная с некоторой температуры) шестиугольных ячеек Бенара, возникнове­ние тороидальных вихрей (вихрей Тейлора) между вращающимися цилиндрами. Пример вынужденной организации - синхронизация мод в многомодовом лазере с помощью внешних периодических воздей­ствий. Интерес для понимания законов синергетики представляют процессы предбиологической самоорганизации до биологического уровня. Самоорганизующиеся системы возникли исторически в пери­од возникновения жизни на Земле.

Основы синергетики были заложены немецкий ученым Г. Хакеном ( автором книги "Синергетика" (М, 1980)), работами бельгийс­кого ученого И. Пригожина и его группы. Работы Пригожина по теории необратимых процессов в открытых неравновесных системах были удостоены Нобелевской премии (1977).

Модели синергетики - это модели нелинейных, неравновесных систем, подвергающихся действию флуктуации. В момент перехода упорядоченная и неупорядоченная фазы отличаются друг от друга столь мало, что именно флуктуации переводят одну фазу в другую. Если в системе возможно несколько устойчивых состояний, то флук­туации отбирают одну из них. При. анализе сложных систем, напри­мер, в биологии или экологии, синергетика исследует простейшие ос­новные модели, позволяющие понять и выделять наиболее существен­ные механизмы "организации порядка" избирательную неустойчи­вость, вероятностный отбор, конкуренцию или синхронизацию под­систем. Понятия и образы синергетики связаны, в первую очередь, с оценкой упорядоченности и беспорядка - информация, энтропия, кор­реляция, точка бифуркации и др. Методы синергетики в значитель­ной степени пересекаются с методами теории колебаний и волн, тер­модинамики неравновесных процессов, теории катастроф, теории фазовых переходов, статистической механики, теории самоорганиза­ции, системного анализа и др.

Классическая термодинамика в своем анализе систем отвлекалась от их сложности и проблем взаимосвязи с внешней средой. По суще­ству, она рассматривала изолированные, закрытые системы. Но в мире есть и открытые системы, которые обмениваются веществом, энерги­ей информацией со средой. В открытых системах тоже возникает энт­ропия, происходят необратимые процессы, но за счет получения ма­териальных ресурсов, энергии и информации система сохраняется, а энтропию выводит в окружающую среду. Открытые системы харак­теризуются неравновесной структурой. Неравновесность связана с адаптацией к внешней среде (система вынуждена изменять свою структуру), система может претерпевать много различных состояний  неопределенность и т.д. Переход от термодинамики равновесных процессов, к анализу открытых систем ознаменовал крупный поворот в науке, многих отраслях научных знаний. В открытых системах обнаружен эффект самоорганизации, эффект движения от хаоса к порядку.

Немецкий физик Герман Хакен термином “синергетика” предложил обозначить совокупный, коллективный эффект взаимодействия большого числа подсистем, приводящих к образаванию устойчивых структур и самоорганизации в сложных системах.

Конечно, феномен перехода от беспорядка к порядку, упорядочения ученые знали и до этого. В качестве примеров самоорганизации в неживой природе можно привести авторегуляцию, принцип наимень­шего действия и принцип Ле-Шателье. Было открыто самопроизволь­ное образование на Земле минералов с более сложной кристаллической решеткой. В химии известны процессы, приводящие к образованию ус­тойчивых структур во времени. Примером является реакция Белоусова-Жаботинского, где раствор периодически меняет свой цвет от крас­ного к синему в зависимости от концентрации соответствующих ионов.

В физике явления самоорганизации встречаются от атомных объектов и кончая галактическими системами. Лично Г. Хакен счита­ет маяком синергетики лазер. Атомы, внедренные в лазер, могут воз­буждаться действием энергии извне, например, путем освещения. Если внешняя энергия недостаточна, лазер работает как радиолампа. Ког­да же она достигает мощности лазерной генерации, атомы, ранее ис­пускавшие волны хаотично и независимо, начинает излучать один громадный цуг волн длиной около 300 000 км. Атомная антенна на­чинает осциллировать в фазе, и волны совершают как бы одно кол­лективное движение.

Биологические и социальные системы поддерживают упорядочен­ные состояния, несмотря на возмущающие влияния окружающей среды.

Синергетика исследует особые состояния систем в области их не­устойчивого состояния, способность к самоорганизации, точки бифур­кации (переходные моменты, переломные точки).

Синергетические закономерности

Как же синергетика объясняет процесс движения от хаоса к порядку, процесс самоорганизации, возникновения нового”?

1. Для этого система должна быть открытой, и от точки термодинамического равновесия. По мнению Стенгерс, большинство систем открыты - они обмениваются энергией, веществом информацией с окружающей средой. Главенствующую роль в окружающем мире играет не порядок, стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновестность, от есть непрерывно флуктуируют.

2. Фундаментальным условием самоорганизации служит возникновение и усиление порядка через флуктуации.

3. В особой точке бифуркации флуктуация достигает такой силы, что организации системы не выдерживает и разрушается, и принципиально невозможно предсказать: станет ли состояние системы хаотич­ным или она перейдет на новый, более дифференцированный и высо­кий уровень упорядоченности. В точке бифуркации система может на­чать развитие в новом направлении, изменить свое поведение. Под точ­кой бифуркации понимается состояние рассматриваемой системы, пос­ле которого возможно некоторое множество вариантов ее дальнейше­го развития. Примером бифуркаций могут служить "выбор спутника жизни", '' ситуации выбора учебного заведения". Наглядный образ бифуркации дает картина В. М. Васнецова "Рыцарь на распутье".

4. Новые структуры, возникающие в результате эффекта взаимо­действия многих систем, называются диссипативными, потому что для их поддержания требуется больше энергии, чем для поддержания бо­лее простых, на смену которым они приходят. В точке бифуркации система встает на новый путь развития. Те траектории или направле­ния, по которым возможно развитие системы после точки бифурка­ции и которое отличается от других относительной устойчивостью, иными словами, является более реальным, называется аттрактором. Аттрактор- это относительно устойчивое состояние системы, притя­гивающее к себе множество "линий" развития, возможных после точ­ки бифуркации. Случайность и необходимость взаимно дополняют друга в процессе возникновения нового.

5.Диссипативные структуры существуют .тишь постольку, по­скольку система диссипирует (рассеивает) энергию, а, следовательно. производит энтропию. Из энтропии возникает порядок с увеличени­ем общей энтропии. Таким образом, энтропия не просто соскальзы­ванием системы к дезорганизации, она становится прародительницей порядка, нового. Так из хаоса (неустойчивости) в соответствии с оп­ределенной информационной матрицей рождается Космос.

4. Значение синергетики для науки н мировоззрения.

Действительно, возникнув из неравновесной термодинамики, синтеза естественнонаучных знаний, синергетика ориентирует на раскрытие механизмов самоорганизации сложных систем-природных и социальных, а также созданных руками челове­ка. Вместе с синергетикой пришло понимание единства неорганичес­кого и органического мира, понимание того, что чередование хаоса и порядка является универсальным принципом мироустройства. По мнению академика Н. Моисеева: "всё наблюдаемое нами. всё, в чем сегодня участвуем. - это лишь фрагменты единого синергетического процесса..."(Алгоритмы развития .М., 1987-С.63).

Синергетика выявила бифуркационный механизм развития, кон­структивную роль хаоса в процессах эволюции самоорганизованных систем, механизм конкуренции виртуальных, т. е. допустимых, возмож­ных форм структур, заложенных в системе. По своему воздействию на современное мировоззрение идеи синергетики равнозначны идеям тео­рии относительности и квантовой механики. Синергетические понятия применимы к любым развивающимся системам. Они становятся инст­рументами социального мышления и анализа. Современная социальная наука, преодолевая механицизм и заимствуя идеи синергетики, все больше обращает внимание на неравновесные состояния, на процессы сло­ма стабильного порядка (на переходы от порядка к хаосу, на рождение нового порядка). В развитии общества нередко возникают неустойчи­вые состояния “точки бифуркации” - перекрестки, расщепление путей развития. В период общественного кризиса бессмысленно уповать на так называемые "объективные законы", которые делают людей слепы­ми по отношению к социально-политическим и экономическим про­цессам.

Представление об обществе как социальной машине, действу­ющей по "объективным законам", - досинергетический взгляд. Совре­менное естествознание, наука и социальная жизнь заставляют нас осва­ивать новые синергетические инструменты мысли. Синергетические идеи активно влияют на мировоззренческие представления. Ведь синергети­ка выявляет общие идеи, методы и закономерности процессов самоор­ганизации в самых различных областях естественнонаучного, техни­ческого и социально-гуманитарного знания. Наш долг - осваивать си­нергетические идеи, чтобы подняться на новый уровень мировоззре­ния, понимания действительности.

Список литературы

Авдеев Р.Ф. Философия информационной цивилизации. - М- ,1994.

Винер Н. Кибернетика. - М-, 1968.

Информация и управление. - М-, 1986.

Петрушенко Л.А. Самодвижение материи в свете кибернетики. -М.,1971.

Кузин Л. Т. Основы кибернетики. - М., 1973.

Пригожий И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. - М., 1986. Те же. Время, хаос, квант. - М., 1994.

Четвериков В.С. Методологические и организационно-правовые основы применения количественных методов в управленческой дея­тельности органов внутренних дел. - М., 1991.

Юзвишин И.М. Информациология, - М., 1996.