Синергетика

Синергетика научное направление, изучающее процессы образования и коллективных взаимодействий объектов, происходящие в открытых системах в неравновесных условиях, сопровождающиеся интенсивным обменом веществом и энергией подсистем с системой и системы с окружающей средой, характеризуемые самопроизвольностью (отсутствием жесткой детерминации извне) поведения объектов и имеющие результатом упорядочение, самоорганизацию, уменьшение энтропии, также эволюцию систем.

Синергетика, основные положения которой были сформулированы Г. Хакеном, представляет собой эвристический метод исследования процессов самоорганизации систем различной природы. Синергетика возникла в ответ на кризис исчерпавшего себя стереотипного, линейного мышления, основными чертами которого являются [2]: представление о хаосе как исключительно деструктивном начале мира; рассмотрение случайности как второстепенного, побочного фактора; мир считается независимым от флуктуаций нижележащих уровней бытия и космических влияний; взгляд на неравновесность и неустойчивость как на досадные неприятности, которые должны быть преодолены, т.к. играют негативную, разрушительную роль; процессы, происходящие в мире, являются предсказуемыми на неограниченно большие промежутки времени (лапласовский детерменизм); развитие линейно, поступательно, безальтернативно; мир связан жесткими причинно-следственными связями; причинные цепи носят линейный характер.

Концепии теории самоорганизации

С середины 19 века происходила усиленная специализация наук, появлялись их новые отрасли. Специализация наук была существенно необходима, долгое время она являлась основой прогресса научных исследований. Но в 20 веке стала очевидной необходимость синтеза теоретический концепций, разработанных в рамках различных научных направлений. Концепцию самоорганизации можно рассматривать как новый важный этап эволюции науки, наступивший за специализацией и несущий новые возможности диалога наук [1].

Сама проблема самоорганизации возникла в связи с философским осмысление термодинамики открытых систем [1].

Под открытой системой понимают такую систему, которая взаимодействует с окружающей средой, т. е. обменивается с этой средой веществом или энергией. Напротив, замкнутой называется система, которая изолирована от внешних воздействий (нет обмена со средой веществом или энергией).

Рассмотрим основные концепции теории самоорганизации [4, 5]:

1. Самоорганизация характерна только для открытых систем, характеризуемых интенсивным обменом веществом и энергией между подсистемами и между системой и её окружением.

2. Самоорганизующиеся системы нелинейные, т. е. они способны к самодействию. Самодействие приводит к тому, что малые воздействия на систему могут приводить к очень большим последствиям, а большие к совершенно незначительным.

3. Самоорганизующиеся системы неустойчивые.

3. Процесс самоорганизации характеризуется возрастанием порядка вследствие протекания процессов, противоположных установлению термодинамического равновесия независимо взаимодействующих элементов среды.

4. Результатом самоорганизации становится возникновение объектов, более сложных в информационном смысле, чем элементы среды, из которых они возникают.

5.Направленность процессов самоорганизации обусловлена внутренними свойствами объектов в их индивидуальном и коллективном проявлении, а также воздействиями со стороны среды, в которую ''погружена'' система.

6. Процессы самоорганизации происходят в среде наряду с другими процессами, в частности наряду с процессами противоположной направленности, и могут в отдельные фазы существования системы как преобладать над последними (прогресс), так и уступать им (регресс).

Хотя в природе все системы в той или иной степени открыты, исторически первой классической идеализацией была модель замкнутой, изолированной системы, не взаимодействующей с другими телами. Важно отметить, что любую систему можно с заданной точностью считать замкнутой достаточно малое время, тем меньшее, чем больше открыта система. И если это время существенно больше времени наблюдения за системой, то такая модель оправдана. Например, наша Земля это, с хорошей точностью, изолированный, свободный волчок, вращающийся вокруг Солнца. Но неучтённое при этом взаимодействие с Луной приводит к очень слабому замедлению скорости вращения волчка, а взаимодействие с Солнцем к медленному повороту оси волчка (прецессии) с периодом около 25 тысяч лет [3].

Для замкнутой системы справедливы фундаментальные законы сохранения (энергии, импульса, момента импульса), радикально упрощающие описание простых систем. Но самое лавное: в замкнутых системах с очень большим числом частиц справедлив второй закон термодинамики, согласно которому энтропия S (мера хаоса) со временем возрастает. По достижении максимума энтропии все макроскопические процессы в такой системе прекращаются и система переходит в состояние теплового равновесия. Все макроскопические процессы в этом состоянии прекращаются. С точки зрения внутренней структуры система из упорядоченного состояния переходит в полностью неупорядоченное. Причём с макроскопической точки зрения этот процесс необратим. Т. е. термодинамика замкнутых систем доказала практическую невозможность макроскопической самоорганизации (спонтанного возникновения порядка из хаоса) замкнутых системах. Если хаос в замкнутой системе не может убывать, а может только возрастать, то порядок обязан исчезнуть. Следовательно, замкнутая Вселенная идёт к хаосу так называемой тепловой смерти, когда всё вещество превратится в излучение [1, 3].

Но все живые организмы и сама по себе человеческая цивилизация открытые системы. Они создают порядок в себе и вокруг себя за счёт увеличения общего беспорядка, энтропии планеты. Для подобных открытых систем, потребляющих вещество и энергию, второе начало термодинамики неприменимо, их энропия может уменьшаться [1, 3].