Идеи современной синергетики - Синергетика и ее основные принципы

Оглавление:

В 20 веке формирование мнения о Вселенной все больше и больше переходит от статистического и структурно-ориентированного описания к динамическому, процессно-ориентированному описанию. Открытие нестационарных решений уравнений Эйнштейна А.А. Фридманом в 1922 — 1924 годах и подтверждение в 1929 году, когда Э. Хаббл обнаружил красное смещение в спектре галактик, исследования Г. Гамова, современное бурное развитие астрофизики выдвигают на первый план идеологический вопрос о применимости диалектической концепции эволюции в глобальном масштабе.

Согласно этой точке зрения, эволюция Вселенной после Большого взрыва рассматривается как совместное развитие микро- и макрофеноменов, включающее процессы дифференциации и усложнения в микро- и макроотрасли эволюции.

В ходе развития теоретических представлений физики элементарных частиц идея универсальной связи и взаимозависимости все более четко входит в физическое мировоззрение. Элементарные частицы, ядра, атомы, молекулы, макротела, планеты и т.д. становятся звеньями «глобальной эволюции». Время больше не рассматривается только как геометрическая величина. Чрезвычайно важно подчеркнуть, что корни такого понимания тесно связаны с новыми концептуальными подходами в методах изучения физико-химических структур, развиваемых в эволюционистском направлении.

Введение понятия «открытая система», предложенного представителем брюссельской школы физиков Р. Дефаи в 1929 году и развитого Л. фон Берталанфи в 1932 году для биологических систем. Л. фон Берталанфи построил теорию биологических организмов, основанную на обобщении физической химии, кинетики и термодинамики, которая стала известна как «теория открытых систем». Подход Берталанфи привлек всеобщее внимание научного сообщества, очевидно, потому, что он широко использовал математический аппарат дифференциальных уравнений. С их помощью Берталанффи удалось формально выразить такие важные свойства систем (параметры системы), как целостность, сумма, организация, рост, конкуренция, законченность, эквивалентность в поведении и так далее. Это было особенно привлекательно для приверженцев физикализации биологии, поскольку дифференциальные уравнения позволяли описать поведение системы, так сказать, «изнутри». Снаружи система может рассматриваться как «черный ящик», а ее отношения с окружающей средой представлены только понятиями входа и выхода. Позднее Берталанфи продолжил рассматривать живой организм как открытую систему без равновесия и назвал устойчивое состояние такой системы «текучим равновесием».

Однако в рамках классической термодинамики она все еще не могла объяснить центральную проблему биологии — проблему развития.

В этой связи рассмотрим идеологические мотивы, которые привели к появлению синергетического подхода в современном научном мировоззрении, поскольку единых принципов самоорганизации для неживой и живой материи не существовало. Естественно, что философское знание само по себе развило идею саморазвития. Идея саморазвития и самоорганизации через теорию эволюции Дарвина постепенно проникла в научное мировоззрение. Поскольку дарвиновская концепция эволюции гласит, что в мире происходит непрерывное появление все более сложно организованных форм жизни, структур и систем, вопрос о магистральной линии развития решался умозрительно с выходом на биосоциальную стадию эволюции.

Синергетика и ее основные принципы

Синергетика (греч. sinergeia — совместное действие) — одно из ведущих направлений современной науки.

Синергетика — это наука о развитии и самоорганизации сложных систем любой природы. Она наследует и развивает универсальные междисциплинарные подходы своих предшественников: тектологии А.И. Богданова, теории систем Л. фон Берталанфи, кибернетики Н. Винера. Однако, в отличие от последних, их язык и методы основаны на математике и точных науках специальных дисциплин, изучающих эволюцию сложных систем. В частности, синергетика учит нас создавать уравнения, моделирующие реальность, что раньше было позволено только классикам науки.

Сегодня синергетика пробивает себе дорогу не только в естественные, но и в гуманитарные науки; появились социосинергетика и эволюционная экономика, ее используют психологи и педагоги, разрабатываются приложения в лингвистике, истории и даже искусстве, готовится синергетическая антропология. Она играет важную роль в разработке антикризисных стратегий в эпоху бифуркаций, эпоху глобального цивилизационного кризиса.

Любой эволюционный процесс выражается последовательностью противоречивых состояний — порядка и хаоса в системе, связанных фазами перехода к хаосу (разрушение структуры) и выхода из хаоса (самоорганизация).

Критерии отбора. Несколько общих слов о выборе методологических принципов. Во-первых, принципы синергетики могут быть в терминах кольцевой причинности. Например, понятие гена не может быть определено без ссылки на понятие организма, компонентом которого он является. Во-вторых, принципов не должно быть слишком много, иначе трудно использовать их одновременно. Отметим лишь один важный факт: наша система принципов одинаково описывает равновесные и неравновесные системы, и это было одним из критериев отбора.

Следующие принципы выросли из обобщения многолетнего опыта автора по преподаванию синергетики в различных гуманитарных аудиториях, а также синергетического моделирования антропной сферы. Это расширенный блок предметных принципов синергетики, впервые предложенный В.Г. Будановым в 1995 году. Математические, логические и философские блоки принципов обсуждались также В.И. Аршиновым, В.Г. Будановым и В.Е. Войцеховичем в 1995 году.

В самом простом варианте можно предложить 7 основных принципов синергетики: два принципа бытия и пять принципов становления.

Два структурных принципа бытия — 1) гомеостатический и 2) иерархический. Они характеризуют фазу «порядка», стабильное функционирование системы, ее жесткую онтологию, прозрачность и простоту описания. В терминах Аристотеля, эта фаза определяет «время — кинезис».

Пять принципов становления — это: 3) нелинейность, 4) нестабильность, 5) открытость, 6) динамическая иерархия, 7) наблюдаемость. Они характеризуют фазу трансформации, обновления системы, ее прохождения через последовательные этапы: через смерть старого порядка, хаос тестирования альтернатив и, наконец, рождение нового порядка. Мы различаем генеративные принципы становления (3, 4, 5), которые являются необходимым и достаточным условием для его реализации, и конструктивные принципы становления (6, 7), которые описывают структуру, детали и построение процесса становления, а также его понимание наблюдателями и связь со средой. В аристотелевской классификации этой фазе соответствует «метаболизм времени».

Принципы Бытия

Гомеостаз — это поддержание функциональной программы системы в рамках, позволяющих ей добиваться своей цели.

Согласно Н. Винеру, каждая система телеологична, то есть имеет цель существования. В то же время система получает корректирующие сигналы от цели-идеала (реальной или воображаемой), которые не позволяют ей сбиться с курса. Эта коррекция происходит за счет отрицательной обратной связи (часть сигнала с выхода системы подается на вход с противоположным знаком), которая подавляет отклонение в программе поведения, возникающее под воздействием факторов внешней среды. Например, именно так ведут себя все живые системы большую часть времени: теплокровные животные поддерживают постоянную температуру своего тела в широком диапазоне внешних температур; автопилот самолета, управляемый гирокомпасом, поддерживает направление и высоту полета самолета независимо от воздушных ям и порывов ветра.

В синергетике целевая программа поведения системы в состоянии гомеостаза называется аттрактором (привлекателем). Аттрактор в пространстве состояний системы — это множество с меньшей размерностью, чем само пространство, к которому с течением времени притягиваются соседние состояния.

Область притяжения аттрактора называется его бассейном. Мы подчеркиваем, что аттракторы существуют только в открытых диссипативных системах, т.е. энергия, материя и информация рассеиваются и описывают конечное поведение системы, которое обычно намного проще, чем переходный процесс.

Этот принцип объединяет многие идеи из кибернетики, системного анализа и синергетики.

Иерархия

Основной смысл структурной иерархии заключается в композиционном характере высших уровней по отношению к низшим. То, что для низшего уровня является структурой-космосом, для высшего уровня является бесструктурным элементом хаоса, строительным материалом. В природе, например, это элементарные частицы, атомы, молекулы, вещество. Мы говорим о нематериальной иерархии, например, в языке (звуки, слова, предложения, тексты); в мире идей (мнения, взгляды, идеологии, парадигмы); в уровнях управления и т.д.

Всякий раз, когда элементы включаются в структуру, они передают некоторые свои функции, степени свободы, которые теперь выражаются в имени коллектива всей системы, и эти понятия могли не существовать на уровне элементов. Эти коллективные переменные «живут» на более высоком иерархическом уровне, чем элементы системы, и в синергетике, по словам Г. Хакена, их принято называть параметрами порядка — именно они лаконично описывают смысл поведения системы и достижения цели.

Описанная природа параметров порядка называется принципом субординации, когда изменение параметра порядка как бы синхронно направляет поведение множества элементов более низкого уровня, образующих систему, а явление их когерентного, т.е. взаимно согласованного, сосуществования иногда называют явлением самоорганизации.

Такова в идеале роль законодательства в обществе, делегировавшем государству часть свобод своих граждан; так водоворот воды кружится в потоке, увлекая его частицы в слаженный танец.

Время играет важную роль в иерархии систем, и синергетический принцип подчинения Хакена сформулирован именно для временной иерархии.

Рассмотрим любые три смежных временных уровня. Назовем их соответственно микро-, макро- и мегауровнями. Принято говорить, что параметры порядка — это долгоживущие коллективные переменные, которые определяют язык среднего макроуровня. Они сами формируются и контролируются быстрыми, недолговечными переменными, которые определяют язык лежащего в их основе микроуровня. Для макроуровня последние ассоциируются с бесструктурными «тепловыми» хаотическими движениями, которые неразличимы на языке деталей.

Принципы Становления

Генерирование принципов становления

Выполнение этих принципов является необходимым и достаточным условием для формирования, рождения нового качества в системе. Давайте начнем с трех принципов, «ТРЕХ НЕТ», или «НЕ» — принципов, которых классическая методология всячески избегает, но которые позволяют системе войти в хаотическую, творческую фазу. Обычно это происходит из-за положительных обратных связей, которые усиливают внешние возмущения в системе.

Нелинейность

Линейность — это один из идеалов простоты многих поколений математиков и физиков, которые пытались свести проблемы реального мира к линейному поведению. Примечательно, что это всегда удается вблизи положения равновесия системы (так называемый метод нормальных колебаний).

Гомеостаз системы обычно происходит именно на уровне линейных колебаний вокруг оптимальных параметров, поэтому простой линейный случай так важен. Это также экономит наши умственные усилия. Определяющим свойством линейных систем является принцип суперпозиции: сумма решений есть решение, или другими словами — результатом общего действия на систему является сумма результатов, так называемый линейный отклик системы, прямо пропорциональный действию.

Таким образом, нелинейность — это нарушение принципа суперпозиции в явлении: результат суммы воздействий на систему не равен сумме результатов этих воздействий. Результаты действующих причин не могут быть сложены вместе.

РЕЗУЛЬТАТ СУММЫ ПРИЧИН ≠ СУММА РЕЗУЛЬТАТОВ ПРИЧИН.

В более гуманитарном, качественном смысле: результат непропорционален усилиям, не соизмерим с усилиями, игра не стоит свеч; целое не является суммой своих частей; качество суммы не идентично качеству слагаемых и т.д. Последнее следует, в частности, из того, что в системе число связей между ее элементами растет быстрее, чем число самих элементов. Однако это не означает, что мы должны отказаться от быстрого линейного предсказания, этого основного стандарта наших рассуждений; нам нужно лишь знать диапазон его применимости.

Любое ограничение целостности объекта, его разрушение, разделение, поглощение, подразумевает нелинейные эффекты. Можно сказать, что нелинейность «живет», ярко проявляет себя вблизи пределов существования системы. Стратегии линейного мышления экономичны и эффективны, но только в ограниченных рамках гомеостаза, вне которых они обманчивы, а иногда и опасны.

Иногда люди говорят о «нелинейном мышлении» — красивая метафора, которую каждый понимает по-своему. Но иногда гуманитарные науки призывают «нелинейное мышление» начать финальную битву с «линейным мышлением», такая война метафор абсурдна, потому что линейная математика является основным предельным случаем нелинейной математики и часто основой ее приближенных, итерационных методов.

Незамкнутость (открытость).

Невозможность пренебречь взаимодействием системы с окружающей средой. Свойство, которое долгое время пугало исследователей, размывая понятие системы и создавая сложные проблемы.

В замкнутых системах с очень большим количеством частиц второй закон (второе начало) термодинамики гласит, что энтропия (мера хаоса) возрастает со временем или остается постоянной, что означает, что порядок обречен на исчезновение. Именно открытость позволяет системам эволюционировать от простого к сложному, разворачивать программу роста организма из эмбриональной клетки. Это означает, что иерархический уровень может развиваться и становиться более сложным только за счет обмена материей, энергией и информацией с другими уровнями.

Наблюдаемость

Именно последние два принципа, включающие принципы дополнительности и соответствия, циркулярной коммуникативности и относительности к средствам наблюдения, запускают процесс диалога между внутренним наблюдателем и мета-наблюдателем. Принцип наблюдаемости подчеркивает ограниченность и относительность наших представлений о системе в конечном эксперименте. В частности, это принцип относительности к средствам наблюдения, ярко утверждаемый в теории относительности и квантовой механике. В теории относительности метры и секунды различны для каждого движущегося наблюдателя, и то, что является одновременным для одного, не является одновременным для другого. В квантовой механике, измеряя ровно одну величину, мы обречены на незнание относительно многих других (принцип дополнительности Бора). В синергетике — это относительность интерпретаций к масштабу наблюдения и первоначально ожидаемому результату. То, что было хаосом с точки зрения макроуровня, становится структурой, когда мы переходим на микроуровень. То есть, понятия порядка и хаоса, бытия и становления относительны к масштабному окну наблюдения.

Целостное описание иерархической системы складывается из связи между наблюдателями на разных уровнях, так же как общая карта местности состоит из мозаики карт соседей.

В социальных системах огромную роль начинают играть культурно-исторические, личностные характеристики наблюдателей.

В последние десятилетия активно изучаются системы, в которых хаотическое поведение является нормой, а не кратковременной аномалией, связанной с кризисом в системе. Это, прежде всего, турбулентность, климатические модели и плазма.

Конструктивные примеры хаоса включают разнообразие форм жизни в биосфере, что гарантирует ее стабильность; наличие слегка хаотичных ритмов сердца, что является признаком хорошей адаптивности сердечно-сосудистой системы; элемент спонтанности, который необходим для стабильности, и т.д. Для таких систем структурами динамического хаоса будут причудливые самоподобные объекты — фракталы.

Таким образом, основными принципами синергетики являются:

1) Гомеостатический (поддержание функциональной программы системы в определенных рамках, позволяющих ей следовать своей цели).

2) Иерархия (наиболее важным типом структурной иерархии является составной характер высших уровней по отношению к низшим. То, что для низшего уровня является структурным порядком, для высшего уровня является бесструктурным элементом хаоса, строительным материалом).

3) Нелинейность (нарушение принципа суперпозиции в некоторых явлениях: результат суммы воздействий на систему не равен сумме результатов этих воздействий. Результаты действующих причин не могут быть сложены).

4) Близость (открытость) (невозможность пренебречь взаимодействием системы с ее окружением).

5) Неустойчивость (состояние, траектория или программа системы неустойчивы, если произвольные, но малые отклонения от них увеличиваются со временем).

6) Динамическая иерархия (эмерджентная природа). (Обобщение принципа субординации на процессы становления. Порождение параметров порядка, когда необходимо рассмотреть взаимодействие более двух уровней и процесс становления — это процесс исчезновения, а затем рождения одного из них в процессе взаимодействия как минимум трех иерархических уровней системы).

7) Наблюдаемость (позволит выстроить определенную структуру позиций взаимодействия в любом подходе к архитектуре и решить проблему сосуществования естественной и искусственной природы как систему уравнений, где синергетический метод будет «ситом», кристаллизующим решение поставленной задачи).

На странице рефераты по философии вы найдете много готовых тем для рефератов по предмету «Философия».

Здесь темы курсовых работ по философии

Читайте дополнительные лекции: