Принципы самоорганизации в открытых системах реферат
Обновлено: 03.07.2024
Наряду с другими формами катализа особое значение здесь приобрело явление автокатализа, которое основано на использовании продуктов реакции как катализаторов для ускорения реагирования вновь поступающих веществ. Поэтому многие исследователи не без оснований считают важнейшим условием перехода от химической формы движения материи к жизни эволюцию каталитических систем. Так, проф. МГУ А. П. Руденко… Читать ещё >
Концепция самоорганизации ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
Содержание
- 1. Самоорганизация: сущность и особенности
- 2. Противоречие между эволюционной теорией и классической термодинамикой
- 3. Самоорганизация в различных структурах
- 3. 1. Самоорганизация в химических системах
- 3. 2. Самоорганизация в открытых неравновесных системах
Наряду с другими формами катализа особое значение здесь приобрело явление автокатализа, которое основано на использовании продуктов реакции как катализаторов для ускорения реагирования вновь поступающих веществ. Поэтому многие исследователи не без оснований считают важнейшим условием перехода от химической формы движения материи к жизни эволюцию каталитических систем. Так, проф. МГУ А. П. Руденко рассматривает химическую эволюцию как процесс саморазвития и самоорганизации открытых каталитических систем. Такие системы являются открытыми, поскольку их функционирование основано на постоянном притоке новой энергии и выводе готовых продуктов. Основным источником энергии является базисная химическая реакция, которая служит для совершения полезной работы, направленной против равновесия, а также самоорганизации каталитических систем.
В конкуренции этих систем преимущество получает та из них, которая развивается на основе реакции с большим выделением тепла. С наибольшей вероятностью и скоростью реализуются при этом наиболее прогрессивные пути развития каталитических систем, связанные с максимальным ростом их активности. Благодаря возникновению автокатализа происходит самоускорение базисной реакции, которое на определенном этапе будет сдерживаться постоянным уровнем температуры в системе. Возникает первый кинетический предел, который преодолевается за счет превращения отдельных каталитических центров, которые раньше осуществляли один цикл, в центр функциональных циклов.
В дальнейшем развитии предбиотической стадии скорость реакции может сдерживаться концентрацией реагирующих веществ, и тогда появится второй кинетический предел. Этот предел преодолевается пространственным дублированием сложных каталитических систем, их разъединением и дальнейшим самостоятельным существованием. Самовоспроизведение и дубликация системы означают уже переход от химической эволюции к биологической. С появлением второго кинетического предела, таким образом, кончается химическая эволюция и начинается новая, биологическая эволюция.
Следует, однако, отметить, что в изложенной концепции А. П. Руденко главное внимание обращается на эволюцию каталитических систем. Но предбиотическая эволюция не могла осуществиться без отбора тех химических элементов и их соединений, которые сыграли решающую роль в самоорганизации процессов вместе с катал и тическими системами, являющимися необходимым условием их возникновения и значительно ускорившими эволюционные процессы.
Итак, концепция самоорганизации в настоящее время приобретает все большее значения, становясь парадигмой исследования обширного класса систем и процессов, происходящих в них. В 70-х годах 20-го века возникла новая наука — синергетика, механизмы самоорганизации и развития. Областью ее исследований является изучение эволюции различных структур, относительная устойчивость которых поддерживается благодаря притоку энергии и вещества извне. В основе синергетики лежит, среди прочих, важное утверждение о том, что материальные системы могут быть закрытыми и закрытыми, равновесными и неравновесными, устойчивыми и неустойчивыми, линейными и нелинейными, статическими и динамическими. Принципиальная же возможность процессов самоорганизации обусловлена тем, что в целом все живые и неживые, природные и общественные системы являются открытыми, неравновесными, нелинейными.
Самоорганизация в открытых неравновесных системах
Согласно И. Пригожину самоорганизация может наблюдаться только в системах, имеющих флюктуации, склонные к разрастанию. Под воздействием флюктуаций возрастает неустойчивость системы, что может привести к бифуркации.
Область науки, исследующая самоорганизацию в сложных открытых неравновесных системах, называется синергетикой (от греч. syn — вместе; crqta — работа). Синергетика трактует процесс возникновения порядка из хаоса как результат самоорганизации материи на основе случайного поиска. Этот процесс составляет сущность эволюции Вселенной. Как объясняется данный процесс современной наукой (синергетикой)
1. Для этого система должна быть открытой, потому что закрытая, изолированная система в соответствии со вторым законом термодинамики в конечном итоге должна прийти в состояние, характеризуемое максимальным беспорядком или дезорганизацией.
2. Открытая система (неизолированная, не имеющая постоянной энергии) должна находиться достаточно далеко от точки термодинамического равновесия. Если система находится в точке равновесия (т.е. Т1 = Т2), то она обладает максимальной энтропией и поэтому не способна к какой — либо организации. Если же система расположена вблизи или не далеко от точки равновесия, то со временем она приблизится к ней и в конце концов придет в состояние полной дезорганизации. Например, кусок льда, помещенный в морозильник холодильника, где температуры льда и среды камеры, окружающей лед, равны, будет длительное время оставаться твердым телом. Если же тот же кусок льда поместить в нижнюю часть холодильника, где температуры окружающей среды и льда не одинаковы, то лед, растаяв, превратится в жидкость, а потом — в газ (пар). Таким образом, имеет место процесс перехода от порядка к беспорядку, от организации структуры льда к самоорганизации газа.
4. Для понимания самоорганизации следует обратиться к принципу положительной обратной связи, согласно которому изменения, появляющиеся в системе, не устраняются, а усиливаются, что приводит в конце концов к возникновению нового порядка и структуры.
5. Самоорганизация может начаться лишь в системах, обладающих достаточным количеством взаимодействующих между собой элементов и, следовательно, имеющих некоторые критические размеры. В противном случае эффекты от взаимодействия будут недостаточны для появления коллективного поведения элементов системы и тем самым возникновения самоорганизации.
Заключение
Самоорганизация — это свойство, способность социальных, социальноВозникновение синергетики связано, в основном, с именами И. Пригожина — бельгийского физика и химика И. Пригожина, лауреата Нобелевской премии 1977 г., немецкого физика Г. Хакена, другого немецкого ученого М. Эйгена (вспомним его гиперциклы), а также наших отечественных ученых Б. Белоусова и Жаботинского.
Г. Хакен, изучая процессы самоорганизации, происходящие в лазере, назвал новое направление исследований синергетикой, что в переводе с греческого означает совместное действие, или взаимодействие, и хорошо передает смысл и цель нового подхода к изучению явлений.
М.Эйген доказал, что открытый Ч. Дарвином принцип отбора справедлив и на микроуровне, а генезиз (происхождение жизни есть результат процесса отбора, происходящего на молекулярном уровне. Он показал, что сложные органические структуры с адаптационными характеристиками возникают благодаря эволюционному процессу отбора на основе автокатализа.
Греков М.Д. КСЕ. Москва:"Дело". -2007.-509 с.
Principles of the Self-Organizing Dynamic System", Journal of General Psychology, v. 37. 599 р.
Principles of the Self-Organizing Dynamic System", Journal of General Psychology, v. 37, 599 р., p. 125—128.
3 Греков М. Д. КСЕ. Москва:"Дело". -2007.-509 с., с. 473
Открытая система - это система, обменивающаяся веществом и энергией с окружающей средой. Существует свойства открытых систем, находящихся вдали от равновесного состояния: они оказываются неустойчивыми и возврат к начальному состоянию является необязательным. В некоторой точке, называемой бифуркацией (разветвлением), поведение системы становится неоднозначным.
При наличии неустойчивости изменяется роль внешних воздействий. В определенных условиях ничтожно малое воздействие на открытую систему может привести к значительным непредсказуемым последствиям (раскрытие неустойчивости).
В открытых системах, далеких от равновесия, возникают эффекты согласования, когда элементы системы коррелируют свое поведение на макроскопических расстояниях через макроскопические интервалы времени. Такое кооперативное, согласованное поведение характерно для систем различных типов: молекул, клеток, нейронов, отдельных особей и т.д.
В результате согласованного взаимодействия происходят процессы упорядочения, возникновения из хаоса определенных структур, их преобразования и усложнения. Чем больше отклонение от равновесия, тем больший охват корреляциями и взаимосвязями, тем выше согласованность процессов, даже протекающих в отдаленных областях и, казалось бы, не связанных друг с другом. Сами процессы характеризует нелинейность, наличие обратных связей и связанные с этим возможности управляющего воздействия на систему.
Теория состояний, далеких от равновесия, возникла в результате синтеза трех направлений исследований:
1. Разработка методов описания существенно неравновесных процессов на основе статистической физики. В рамках этого направления создаются кинетические модели, определяются параметры, необходимые для описания, выявляются корреляции, крупномасштабные флуктуации, устанавливаются закономерности перехода в состояние равновесия.
2. Разработка термодинамики открытых систем, изучение стационарных состояний, сохраняющих устойчивость в определенном диапазоне внешних условий, поиск условий самоорганизации, т. е. возникновения упорядоченных структур из неупорядоченных. Было показано, что процессы диссипации энергии являются необходимым условием самоорганизации, поэтому возникающие структуры получили название диссипативных.
3. Определение качественных изменений решений нелинейных дифференциальных уравнений, определяющих состояния далекие от равновесия, в зависимости от входящих параметров. Этот раздел математики получил название теории катастроф. С ее помощью описываются качественные перестройки общей структуры решений - катастрофы, определяются границы устойчивости и изменения структуры состояний.
Синтез этих трех направлений дал новую область знаний, занимающуюся описанием состояний, далеких от равновесия. С ее помощью удалось сформулировать общий подход к целой совокупности явлений природы и общества. Ее называют по-разному: синергетика, теория открытых систем, теория диссипативных структур, термодинамика необратимых процессов. Есть названия, связанные со свойствами неустойчивости, нелинейности.
Исходным пунктом для данной области исследований явилась классическая кинетика процессов в газах, начатая работами Дж. Максвелла и Л. Больцмана.
Затем произошло расширение области исследования на слабонеравновесные системы в различных средах и условиях. С 1950 года началось широкое изучение систем, находящихся далеко от состояния равновесия из-за действия сильных полей и жестких излучений различной природы.
На сцену вышел качественно новый фактор - квантованность энергетических состояний молекул. Ранее, по существу, рассматривалось только поступательное движение бесструктурных частиц. При сильном отклонении от равновесного состояния возбуждение охватывает различные степени свободы молекул - вращательные, колебательные, электронные. Возникает необходимость детального учета квантовой структуры вещества. В этих условиях частицы уже нельзя считать бесструктурными, а нужно рассматривать их эволюцию в фазовом пространстве многих степеней свободы.
Свойства атомов и молекул в различных энергетических состояниях различны. За счет неравновесных процессов происходит быстрое перераспределение заселенностей по большому числу термов и неизвестно какой из них окажется в данной конкретной системе наиболее реакционноспособным. Поэтому реакция существенно неравновесной системы на внешнее воздействие может быть неожиданной. Примером может служить диссоциация многоатомных молекул (ангармонических осцилляторов) при охлаждении газа в условиях накачки энергии. Этот эффект использовался для получения свободных атомов при низких температурах, что сыграло существенную роль в разработке химических лазеров. Другим примером нетривиального поведения существенно неравновесной системы является кратковременное охлаждение углекислого газа при резонансном поглощении излучения молекулой CО2.
В данном случае принципиально то, что при рассмотрении открытых систем, внешние параметры играют роль регуляторов, с помощью которых можно управлять процессами. Очень существенным моментом является то, что энергетические затраты на управление с помощью этих регуляторов намного меньше, чем требуется для достижения того же эффекта в равновесных условиях. Причем эффективность воздействия зависит от степени неравновесности системы.
В ряде случаев элементы системы начинают действовать в неравновесных условиях согласованно, обнаруживая свойства, не присущие отдельной частице. Эти общие свойства получили название когерентных или кооперативных свойств. При приближении системы к состоянию равновесия сначала разрушаются когерентные связи, а затем уже связи, определяемые энергетическими заселенностями. Когерентность определяется возникновением корреляций (взаимосвязей и взаимозависимостей) между частицами. Математически это выражается необходимостью рассмотрения функции распределения не одной частицы, а нескольких взаимодействующих. Н.Н.Боголюбов разработал единый подход рассмотрения всей совокупности функций распределения - цепочек уравнений для последовательных функций увеличивающегося числа взаимодействующих частиц.
Этот метод назван цепочками ББГКИ, по имени ученых, внесших основной вклад в их разработку: Н.Н.Боголюбов, М.Борн, Х.Грин, И.Кирквуд, И. Ивон. Так функция n переменных fn(х1, х2, . хn-1, t) учитывает корреляции n частиц. Если масштаб корреляции уменьшается и взаимодействуют только n-1 частиц, то переходят к fn-1(х1, х2, . хn-1, t) функции. При сглаживании неравновесности (переходе к состоянию равновесия) корреляции разрушаются, сокращается набор функций, необходимых для описания поведения системы, а сами функции зависят от все меньшего числа частиц.
В пределе остаются лишь одночастичные функции распределения, уравнения которых составляют основу обычной кинетики.
Метод цепочек ББГКИ имел исключительно большое значение в неравновесной статистической физике. Это был, по существу, новый подход к проблеме необратимости. В замкнутой системе уравнения динамики (классической или квантовой) обратимы, т. е. замена t на -t их не меняет. При обрыве цепочки, когда нарушается корреляция высших порядков, возникает необратимость. В этом случае четко видна причина необратимости.
Разрушение корреляции может быть вызвано внешним воздействием. Но чем больше и упорядоченной система, тем выше масштаб корреляций. Это означает, что они действуют между большим числом частиц, на больших расстояниях и в течение большого промежутка времени. Следовательно, нужно меньшее воздействие для нарушения такой сложной корреляции. А так как абсолютно изолированных систем нет, то необратимость нашего мира заложена в природе вещей в силу всеобщей связи.
Примеры самоорганизации в неживой природе
Ячейки Х. Бенара. Классическим примером возникновения структуры является конвективная ячейка Бенара. Если в сковородку с гладким дном налить минеральное масло, подмешать для наглядности мелкие алюминиевые опилки и начать нагревать, мы получим довольно наглядную модель самоорганизующейся открытой системы. При небольшом перепаде температур передача тепла от нижнего слоя масла к верхнему идет только за счет теплопроводности, и масло является типичной открытой хаотической системой. Но при некотором критическом перепаде температур между нижним и верхним слоями масла в нем возникают упорядоченные структуры в виде шестигранных призм (конвективных ячеек), как это показано на рисунке 1.
В центре ячейки масло поднимается вверх, а по краям опускается вниз. В верхнем слое шестигранной призмы оно движется от центра призмы к ее краям, в нижнем - от краев к центру. Важно отметить, что для устойчивости потоков жидкости необходима регулировка подогрева, и она происходит самосогласованно. Возникает структура, поддерживающая максимальную скорость тепловых потоков. Поскольку система обменивается с окружающей средой только теплом и в стационарном состоянии (при Т1) получает тепла столько, сколько отдает (при Т2 Pn-1;
Системный подход к анализу объектов является характерной тенденцией современного научного познания. Зададимся вопросом: что он даёт изучению природы как объекту системного анализа?
Прежде всего остановимся на определении понятия природа. Можно дать, по крайней мере, три основных смысловых представлений данного понятия.
1. Природа – это всё сущее, весь мир в многообразии его форм. В этом значении понятие природы можно сравнить с такими понятиями, как материя, Вселенная.
2. В более узком смысле природа – это объект науки, другими словами– комплексный (системный) объект естествознания (наук о природе). Современное естествознание продолжает развивать научное представления о развитии природы, её общих, особенных и частных законах, различных формах движения материи, о пространственно-временной организации её объектов, структурных уровнях в рамках единой системы.
3. Наиболее часто употребляемое смысловое представление о природе – это совокупность естественных условий существования человеческого общества. Отсюда представляется важным нахождение места и выявление роли природы в процессе формирования отношения к ней человека и человеческого общества в целом.
Классическое естествознание ориентировалось преимущественно на изучение не динамики, а статики систем. Такой подход был наиболее характерен для атомистической концепции классической физики.
Атомистический взгляд опирался на представление, что свойства и законы движения различных природных систем могут быть описаны свойствами тех мельчайших элементов материи, из которых они состоят. В начале такими простейшими структурными элементами считались молекулы и атомы, а затем элементарные частицы, а в настоящее время – виртуальные струны.
Атомистический подход имеет большое значение для объяснения явлений природы, однако главным в нём является строение и структура различных систем, но не их возникновение и развитие.
Системный и эволюционный подходы, получившие распространение с 60-х гг. XX столетия, основное внимание уделяют изучению характера взаимодействия элементов разных систем, в том числе и биологических. Так, рождение различных гипотез и моделей возникновения и эволюции Вселенной стало возможным лишь после широкого распространения системных идей и представления о самоорганизации открытых систем.
Типы систем. Характеристики.
Система (греч. systema – целое, составленное из частей) – множество элементов, находящихся в связях и отношениях друг с другом, образующих определённую целостность, единство.
Главное, что определяет систему, – это взаимосвязь и взаимодействие частей в рамках целого. Если такое взаимодействие существует, то допустимо говорить о системе, хотя степень взаимодействия её частей может быть различной. Следует также обратить внимание на то, что каждый отдельный объект, предмет или явление можно рассматривать как определённую целостность, состоящую из частей, и исследовать как систему.
Всё многообразие материальных систем сводится к трём основным типам:
- Системы неживой природы;
- Системы живой природы;
Кроме этого выделяют систему биокосную – это природная система, создаваемая динамическим взаимоотношением организмов и окружающей их абиотической среды (например, биогеоценоз, экосистема) и системы биологические.
Биологические системы – это динамически саморегулирующиеся и, как правило, саморазвивающиеся и самовоспроизводящиеся биологические образования различной сложности (от макромолекулы до совокупности живых организмов одновременно), обладающие, с одной стороны, свойством целостности, с другой соподчинённостью в составе структурно–функциональных иерархических уровней организации. Это всегда открытые системы, условием существования которых служит внутренне контролируемый обмен веществом с окружающей средой и прохождение внешнего по отношению к ним потока энергии.
По объёму и числу составных частей системы делятся на простые и сложные.
Системы считаются простыми если в них входит небольшое число переменных, и поэтому взаимоотношение между элементами системы поддаётся математической обработке и выведению универсальных законов.
Сложные системы состоят из большого числа переменных, а следовательно, и большого количества связей между ними. Чем оно больше, тем труднее описать закономерности функционирования данного объекта (системы). Трудности изучения таких систем обусловлены и тем обстоятельством, что чем сложнее система, тем больше у неё так называемых эмерджентных свойств, то есть свойств, которых нет у её частей и которые являются следствием их взаимодействия и целостности системы. Такие сложные системы изучает например метеорология – наука о климатических процессах. В связи со сложностью систем, которые изучает эта наука. Процессы образования погоды остаются малоизученными и, отсюда, проблематичность не только долгосрочных, но и краткосрочных прогнозов метеообстановки. К сложным системам относятся все биологические системы, включая все структурные уровни их организации от клетки до популяции.
Принципы самоорганизации систем.
Кроме деления систем на простые и сложные, все системы можно разделить на закрытые и открытые. В отличие от закрытых, или изолированных, открытые системы обмениваются с окружающей средой энергией, веществом и информацией. Все реальные системы являются именно открытыми. В неорганической природе они обмениваются с внешней средой, которая также состоит из различных систем, обладающих энергией и веществом. В социальных и гуманитарных системах к этому добавляется обмен информацией. Информационный обмен осуществляется также в биологических системах, в частности при передаче генетической информации.
Как показал австрийский физик Людвиг Больцман, из второго закона термодинамики следует, что все реальные процессы во Вселенной должны протекать с увеличением энтропии. В состоянии равновесия она максимальна. Энтропия, как показал Больцман, характеризует степень беспорядка в системе, чем она больше, тем больше беспорядок. Теперь ясно, что тепловая энергия равновесного состояния бесполезна для совершения работы, потому что она наиболее беспорядочна. Становится ясным, почему все естественные процессы в природе идут с рассеянием энергии. Потому что это увеличивает беспорядок. Следует, однако, заметить, что второй закон носит статистический характер и применим только к системам, содержащим большое количество частиц.
Когда энтропия системы возрастает, то, соответственно, усиливается беспорядок в системе. В таком случае второй закон термодинамики постулирует: энтропия замкнутой системы, то есть системы, которая не обменивается с окружением ни энергией ни веществом, постоянно возрастает. А это означает, что такие системы эволюционируют в сторону увеличения в них беспорядка, хаоса и дезорганизации, пока не достигнут точки термодинамического равновесия, в которой всякое производство работы становится невозможным.
В открытых системах также производится энтропия, поскольку в них происходят необратимые процессы, но она в этих системах не накапливается, как в закрытых, а выводится в окружающую среду. Поскольку энтропия характеризует степень беспорядка в системе, постольку можно сказать, что открытые системы живут за счёт заимствования порядка из внешней среды.
Однако самоорганизация может происходить лишь в сильно неравновесных диссипативных системах в результате случайных флуктуаций (флуктуация, лат. fluctuatio, – колебание, отклонение от некоторого среднего положения) или внешних воздействий. Наука, занимающаяся эволюцией и возникновением таких систем, называется синергетикой или термодинамикой открытых неравновесных систем.
В синергетике к настоящему времени сложилось уже несколько научных школ. Эти школы окрашены в те тона, которые привносят их сторонники, идущие к осмыслению идей синергетики с позиции своей исходной дисциплинарной области, будь то математика, физика, биология или даже обществознание.
Работа содержит 1 файл
синергетика - реферат.docx
В синергетике к настоящему времени сложилось уже несколько научных школ. Эти школы окрашены в те тона, которые привносят их сторонники, идущие к осмыслению идей синергетики с позиции своей исходной дисциплинарной области, будь то математика, физика, биология или даже обществознание.
В числе этих школ – брюссельская школа лауреата Нобелевской премии И.Р. Пригожкина, разрабатывающего теорию диссипативных структур, раскрывающую исторические предпосылки и мировоззренческие основания теории самоорганизации.
Интенсивно работает также школа Г.Хакена, профессора Института синергетики и теоретической физики в Штутгарте. Он объединил большую группу ученых вокруг шпрингеровской серии книг по синергетике, в рамках которой к настоящему времени увидели свет уже более 60 томов.
Классические работы, в которых развивается математический аппарат для описания катастрофических синергетических процессов, принадлежат перу российского математика В.И. Арнольда и французского математика Р. Тома. Эту теорию называют по-разному: теория катастроф, особенностей или бифурикаций.
Среди российских ученых следует упомянуть также академика А.А. Самарского и члена –корр. РАН С.П. Курдюмова. Их школа разрабатывает теорию самоорганизации на базе математических моделей и вычислительного эксперимента на дисплеях компьютеров. Эта школа выдвинула ряд оригинальных идей для понимания механизмов возникновения и эволюции относительно устойчивых структур в открытых (нелинейных) средах (системах).
Широко известны также работы академика Н. Н. Моисеева, разрабатывающего идеи универсального эволюционизма и коэволюции человека и природы, работы биофизиков, членов-корреспондентов РАН М. В. Волькенштейна и Д. С. Чернавского.
Такое разнообразие научных школ, направлений, идей свидетельствует о том, что синергетика представляет собой скорее парадигму, чем теорию. Это значит, что она олицетворяет определенные достаточно общие концептуальные рамки, немногочисленные фундаментальные идеи, общепринятые в научном сообществе, и методы (образцы) научного исследования.
- ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ САМООРГАНИЗАЦИИ
Наш мир, всё, что доступно в нём наблюдению, претерпевают непрерывные изменения – мы наблюдаем его непрекращающуюся эволюцию. Все подобные изменения происходят за счёт сил внутреннего взаимодействия, во всяком случае, никаких внешних по отношению к нему сил мы не наблюдаем. Согласно принципу Бора, существующим мы имеем право считать лишь то, что наблюдаемо или может быть сделано таковым. Следовательно, подобных сил не существует. Таким образом, всё, что происходит вокруг нас, мы можем считать процессом самоорганизации, т.е. процессом, идущим за счёт внутренних стимулов, не требующих вмешательства внешних факторов, не принадлежащих системе. К числу таких процессов относится также и становление и действие Разума, ибо он родился в системе в результате её эволюции.
Итак, весь процесс эволюции системы – процесс самоорганизации. Мир всё время меняется. Мы не можем утверждать, что процесс самоорганизации направлен на достижение состояния равновесия (под которым понимается абсолютный хаос), у нас нет для этого опытных оснований, гораздо больше данных для утверждения обратного - мир непрерывно развивается, и в этом изменении просматривается определённая направленность, отличная от стремления к равновесию.
Для описания основ процесса самоорганизации удобно (хотя и заведомо недостаточно) использовать терминологию дарвиновской триады: наследственность, изменчивость, отбор, придав этим понятиям более широкий смысл.
Изменчивость в этом более широком смысле – это вечно присутствующие факторы случайности и неопределённости. Без предположения о непрерывно действующих случайных факторах, постоянная эволюция системы, сопровождающаяся появлением новых качественных особенностей, по-видимому, невозможна.
Что касается термина “наследственность”, то он означает лишь то, что настоящее и будущее любой системы в мире зависит от его прошлого. Степень зависимости той или иной системы от прошлого может быть любой. Эту степень зависимости условимся называть памятью системы. Во вполне детерминированных системах прошлое однозначно определяет будущее. Такие системы – системы с бесконечной памятью (абсолютной наследственностью). Это абстракция, но она хорошо интерпретирует некоторые процессы в неживом мире – например, то движение планет, которое мы наблюдаем.
“Память системы” в реальных системах в том смысле, как мы её определили, чаще всего оказывается ограниченной: и бесконечная память и её отсутствие - лишь абстракции, которые удобны для интерпретации. Примером системы, лишённой памяти, является развитое турбулентное движение.
Понятие “принципов отбора” является самым трудным среди понятий дарвиновской триады. Процессы самоорганизации следуют определённым правилам, законам. Это утверждение - некое эмпирическое обобщение, вопрос о происхождении этих правил лежит вне рационализма, как и вопрос о рождении Вселенной.
К числу таких законов относятся прежде всего законы сохранения и 2-е начало термодинамики и т.д. Таким образом, среди мыслимо допустимых процессов в неживой природе существуют (наблюдаемы, или доступны наблюдению) лишь определённые классы движений, подчиняющиеся определённым правилам. Подобные же правила существуют в природе и обществе. Вот эти правила и называют принципами отбора. Иными словами, принципы отбора - это те же самые законы физики, химии, биологии, законы общественного развития, которые из мыслимо допустимых движений “отбирают” те, которые мы и наблюдаем.
Итак, Вселенная - непрерывно эволюционирующий объект (как и любые его составляющие). Но внутренние стимулы и возможности развития Вселенной, определяющие процессы самоорганизации, ограничены реальными рамками, берегами допустимых эволюционных каналов.
Язык дарвиновской триады при таком расширении смысла чрезвычайно универсален. С его помощью можно описать широкий круг явлений, описать качественный характер происходящего. Но и его возможности ограничены, его необходимо расширять, наполнять новыми понятиями.
В первую очередь целесообразно ввести понятие механизмов, то есть совокупности правил и интерпретаций, описывающих характер протекания процессов или их классов, выделяя в качестве самостоятельных понятий те или иные явления, которые будем относить к основам языка. Эти интерпретации, опираясь на те или иные понятия триады, не заменяют их, но обогащают первоначальный смысл и, как следствие, словарный запас языка.
Рассмотрим пример Леонардо Эйлера (конец XVIIIв.). Рассмотрим колонну, находящуюся под нагрузкой. Если эта нагрузка не очень велика, то у колонны существует единственное положения равновесия – вертикальное. При этом малое изменение внешних воздействий не изменит данного положения равновесия. Пусть колонна находится под действием случайных порывов ветра, тогда она в силу свойств упругости будет колебаться около своего вертикального положения.
Если увеличивать нагрузку, то амплитуда и частота колебаний будут меняться, но их характер будет тем же – колебания около того же положения равновесия. Однако это продлится лишь до тех пор, пока нагрузка не достигнет некоего критического значения. После этого вертикальное положение равновесия потеряет устойчивость (причём мгновенно). Вместо него появится множество новых положений равновесия. Их совокупность представляет собой поверхность, образованную вращением полуволны синусоиды. Если порывы ветра сохраняются, то колонна будет продолжать колебаться около нового положения равновесия, но около какого – предсказать невозможно, причём невозможно в принципе, т.к. это будет зависеть от случайного порыва ветра в момент потери устойчивости. Описанное явление, открытое Л. Эйлером, носит название бифуркации, (термин ввёл А. Пуанкаре), а момент потери устойчивости – моментом бифуркации.
Таким образом, при малых вертикальных нагрузках колонна обладает бесконечной памятью – фиксируя её положения в данный момент времени, мы можем восстановить все её предыдущие состояния в момент бифуркации система полностью “теряет память”. Будущее зависит только от изменчивости ветровой нагрузки. Другой пример – мы бьём молотком по камню. От каждого удара тот деформируется, и мы можем предсказать характер каждой деформации, но мы не можем сказать, на сколько и каких осколков разлетится камень, когда мы его разобьём.
Явление бифуркации типично для большинства процессов, развивающихся во времени. Момент бифуркации – некая абстракция, как и полная потеря памяти. Бифуркация – тоже процесс, протяжённый во времени, но длящийся весьма малый его интервал, в течение которого происходит качественная перестройка свойств системы, и определяющее значение в характере дальнейшего развития имеют случайные факторы. В этих условиях память системы резко уменьшается. Процессы бифуркации мы наблюдаем и в развитии живого вещества и в общественной жизни. Революционные процессы – типичные процессы бифуркации – ни в одной революции никому не удавалось предсказать характера постреволюционного развития.
Сказанное выше позволяет дать следующую, достаточно универсальную схему эволюционного процесса. На начальном этапе эволюции происходит медленное развитие свойств системы. Этот процесс более или менее предсказуем. В какой–то момент или внешнее воздействие достигает критического значения, или происходит кумуляция внутренних сил (или то и другое вместе). При этом параметры системы начинают быстро изменяться, ранее стабильное состояние резко снижает уровень стабильности, и возникает возможность разных путей развития. В этой ситуации даже незначительное воздействие может перевести эволюционный процесс на новые рельсы, развитие потом пойдёт по совсем другой линии. Наступит новый “спокойный участок”, который в какой-то момент опять может смениться новым процессом бифуркации.
Бифуркационный механизм играет важнейшую роль в общей эволюционной схеме. Именно он является источником роста разнообразия различных форм организации материи, а, следовательно, и непрерывно возрастающей сложности её организации. Кроме того из-за вероятностного характера бифуркационного процесса, эволюция не может иметь обратного хода, точнее, вероятность обратного хода эволюции стремится к нулю, а это имеет отношение к другому фундаментальному факту – отсутствие обратимости не только эволюции, но и времени. В этом проявляется общая направленность общего эволюционного процесса.
Итак, мы нарисовали некоторую, достаточно общую схему процессов самоорганизации, в общих чертах справедливую как для неживой материи, так для живого вещества и общества. Несмотря на общность, эта схема позволила выявить такую особенность эволюционных процессов, как их направленность. В своей массе они идут в сторону усложнения организации Вселенной и роста разнообразия организационных форм. Дарвин писал, что это имеет место для живого мира. Как мы видим, это справедливо для любых процессов самоорганизации, в том числе и для Вселенной в целом.
В процессе самоорганизации происходит непрерывное разрушение старых и возникновение новых структур, новых форм организации материи, обладающих новыми свойствами. Причём это качественно не те же самые образования, отличающиеся только геометрическими размерами, формой или другими физическими особенностями. Во Вселенной возникают уникальные образования, непрерывно возникают новые перестройки (бифуркации), в результате которых рождаются качественно новые структуры, не имевшие до сих пор аналогов. Они обладаю новыми неповторимыми свойствами. А как эти свойства связаны со свойствами исходных элементов, из которых составлены системы? Это очень глубокий вопрос, который имеет как философское, так и практическое значение.
Процессы объединения элементов идут непрерывно и на всех уровнях организации материального мира – в неживой и живой природе, и в обществе. Этот процесс универсален – тенденция к кооперативности пронизывает все этажи мироздания. Поэтому имеет право на существование гипотеза о том, что процесс возникновения новых форм организации материи определяется столь же фундаментальными законами, как и законы сохранения, и которые в общем случае не сводятся к анализу простых взаимодействий, существующих среди элементов рождающейся системы. Механизмы, которые определяются этими законами, назовём “механизмами сборки”.
В результате действия механизмов сборки возникают новые образования, обладающие новыми свойствами. В некоторых случаях эти свойства можно предугадать, опираясь на свойства элементов этих систем и, иногда, некоторые другие соображения, например, т.н. принцип минимума диссипации энергии. Однако так бывает далеко не всегда.
Простейший пример этому – вода. Она обладает аномальной зависимостью плотности от температуры, и это свойство мы не можем вывести из свойств атомов (или молекулярных свойств) водорода и кислорода, которые более или менее известны. Таким примерам нет числа, особенно когда мы переходим в сферу живого вещества и общественных отношений. Феномен жизни, видимо, невозможно свести к физико-химическому взаимодействию составляющих элементов живого организма. Свойства Разума, вероятнее всего, несводимы к свойствам нейронов, из которых состоит мозг. Объяснить поведение толпы свойствами входящих в неё людей – тоже практически невозможно.
Трудно или даже невозможно назвать область знания, в которой сегодня не проводились бы исследования под рубрикой синергетики. Для публикаций на тему синергетики характерно то, что в них нередко приводятся авторские трактовки принципов синергетики, причем трактовки довольно разнородные и не всегда достаточно аргументированные. Причиной этого является отсутствие достаточной определенности относительно основных положений синергетики и возникающей отсюда необходимости уточнения статуса излагаемого материала. В настоящей работе предпринимается попытка оценить существующую ситуацию и сделать посильный шаг в направлении развития методологии синергетической концепции и построения в дальнейшем на ее основе определенной технологии.
Самоорганизация системы является объектом изучения синергетики. На первый взгляд может показаться, что эта сфера необходима только для ученых и их сложных вычислений и задач. Тем не менее с этим явлением мы сталкиваемся гораздо чаще, чем можно предположить.
Так, например, законы общества, функционирование коммерческих организаций как раз подчиняются правилам самоорганизации систем. В нашей статье мы расскажем, что это такое, какие черты являются необходимыми для таких систем, приведем примеры из природы и общественной жизни.
Понятие самоорганизации системы
Под определением самоорганизация понимается способность тех или иных систем к саморазвитию, самозарождению с использованием не только и не столько притока энергии, информации, вещества извне, сколько возможностей, заложенных внутри системы, то есть своего внутреннего потенциала.
По теории, когда самоорганизации систем налажена, то она способна функционировать без какого-либо воздействия со стороны и обретать различные структуры (временную, функциональную или пространственную). В данном случае воздействием можно назвать принуждение к определенным действиям и структурированию. При этом она функционирует обособленно.
![Понятие самоорганизации системы]()
Также можно сказать, что самоорганизация системы в природе и обществе – целенаправленный процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы.
Процессы организации и самоорганизации системы имеют существенные различия. Их объединяет лишь возрастание порядка, которое происходит из-за самого процесса. Стоит еще отметить, что организация имеет такую отличительную особенность, как формирование простых неизменных статических структур.
В результате самоорганизации системы появляются, вступают в контакт, а также вместе дают реакцию и даже имеют способность к восстановлению динамические объекты. Они более сложные, чем те, из которых они создаются.
Целенаправленность этих процессов зависит от характерного внутреннего устройства объектов в их как одиночном, так и коллективном существовании. Также от контакта со средой нахождения самой системы.
Поведение системы и ее элементов отличается спонтанностью действий, они не придерживаются абсолютно никакой строгой последовательности.
![3 ключевые характеристики самоорганизующихся систем]()
Вместе с процессами самоорганизации системы происходят и другие. Они могут иметь абсолютно иную нацеленность, и в разные жизненные периоды как занимать лидирующие позиции, так и спускаться на самые низшие ступени. Нужно сказать, что это либо никак не влияет на работу системы, либо приводит к значительному скачку развития или, наоборот, разрушению.
3 ключевые характеристики самоорганизующихся систем
Принцип самоорганизации системы состоит из трех ключевых моментов:
1. Открытость.
Классическая термодинамика изучает закрытые системы. Что это? Закрытая система – это та, которая не имеет никаких контактов с внешней средой. Вся эта наука в основном строится вокруг меры беспорядка и хаоса – энтропии. Как раз это и есть пример закрытой системы, которая находится в тепловом равновесии. Ее можно принять за единицу температуры Т.
Открытые системы самоорганизации характеризуются тем, что способны находиться в одном и том же состоянии благодаря постоянному потоку веществ извне, информации или энергии. Это необходимо для того, чтобы неравновесные состояния могли быть альтернативой замкнутым системам, которые стремятся к тому, чтобы пребывать в состоянии равновесия. Что соответствует второму началу термодинамики. Открытые системы не позволяют процессам повторяться или видоизменяться. Ключевой фактор для них – это время.
Автор и ведущая женских тренингов по гармонизации женской энергии. Мастер по снятию ограничивающих убеждений и мастер расстановок.
![HUG - 3 важных шага, которые должна пройти каждая женщина]()
Я подготовила для вас три урока, которые помогут вам лучше понять себя, снять ограничения, мешающие почувствовать себя любимой и жить счастливо.
Видео-урок с медитацией: 5 состояний женственности
Вы узнаете про 5 женских состояний, которые есть в каждой женщине, как они проявляются и какие архетипы у вас больше всего проявлены, а какие не развиты.
Видео-урок + медитация: Как отпустить прошлые отношения
Рассказываю, что необходимо сделать, чтобы освободить свое сердце от старых чувств, и разорвать энергетические нити связывающие вас с прошлым партнером.
Благодаря этой нейро-аффирмации вы сможете вернуть любовь к себе и почувствовать искреннюю благодарность и счастье за каждый свой день.
И начать новую, счастливую для себя жизнь.
![]()
![]()
Вместе с закономерными и необходимыми большую роль играют и случайные факторы, отклонения (флуктуация). Бывают случаи, когда они начинают доминировать, и в итоге вся существующая цепочка разрушается.
2. Нелинейность.
Системы Вселенной чаще всего носят открытый характер, это говорит о том, что они скорее изменчивы и нестабильны, чем наоборот. Эта нестабильность становится причиной избирательности и нестандартных реакций на воздействия извне. Они могут приспосабливаться к изменениям внешней среды и учитывать это в своей работе.
Иногда большое влияние на развитие системы оказывают именно слабые воздействия. Пусть существуют и более сильные, но они не соответствуют ее нормальному функционированию. Другими словами, принцип суперпозиции не подходит для нелинейных систем. Например, некоторые действия, которые совершаются по причине А и В, дают результат, совершенно отличающийся от их отдельного воздействия.
![3 ключевые характеристики самоорганизующихся систем]()
Нелинейные системы иногда служат точкой отсчета. Когда происходят постепенные изменения внешних условий, то сама система изменяется довольно резко. В состоянии нестабильности еле уловимые волны могут превратиться в огромные цунами, которые сломают сформировавшуюся структуру и смогут ее полностью изменить в лучшую сторону.
Из-за того, что нелинейные системы нестабильны и открыты, они сами создают и формируют эту нестабильность и поддерживают ее. Именно тогда система и среда начинают обмениваться положительными связями. Система оказывает влияние на среду, и та создает все необходимые условия, которые впоследствии способствуют ее изменению. Как пример можно привести химический опыт: происходит реакция с участием определенных веществ, ее результатом является выработка компонента, который в итоге становится помощником в собственном производстве.
3. Диссипативность.
Существует особое динамическое состояние – диссипативность. Оно возможно как результат взаимодействия открытой неравновесной системы и внешней среды. Диссипативность – это особенные макроскопические процессы, которые происходят на микроуровне. Любые самые незначительные явления приобретают интегративный результат на макроуровне. Это разительно отличается от работы каждого микроэлемента в отдельности. Благодаря этому особому динамическому состоянию в неравновесных системах могут совершенно случайно образовываться новые структуры, возникать новые динамические состояния материи и хаотичные движения сменяться упорядоченными.
Формы диссипативности бывают различными. Например, невозможность долго удерживать в памяти информацию о влиянии извне в отборе микропроцессов, который происходит вполне естественно и позволяет удалить все ненужное; согласованность микропроцессов, которые диктуют их развитие в целом и т. п.
Виды самоорганизации систем
Рассмотрим основные закономерности самоорганизации систем в качестве процесса и явления. Ее суть как процесса – сформировать четкий план, как нужно действовать, чтобы добиться необходимых стабильных реакций в системе. Суть же явления – объединить все составляющие в единое целое для успешной программы или достижения целей, основанных на существующих правилах и процедурах.
Самоорганизация как процесс и явление бывает трех видов:
Техническая. Как процесс – это смена последовательности действий, которая происходит, когда у управляемого объекта изменяются свойства, преследуемые цели или внешняя среда. Как явление – набор определенных необходимых функций, которые помогают поддерживать рабочее состояние независимо от условий. Существуют три вида технической системы самоорганизации: самообучающийся, самонастраивающийся и самоорганизующийся.
Биологическая. Ее суть как процесса – сохранить вид с помощью генетической программы. С ее помощью объект обретает телесную оболочку (как явление).
Социальная. Как процесс представляет собой общественно-социальную программу, которая помогает достичь гармонии общественных отношений с учетом меняющихся жизненных приоритетов, мотивов и целей, зависимых от времени.
Перечислим несколько основных качеств, которые показывают самоорганизованность человека или организации – активность, твердость, упорство, уверенность, адекватная оценка своих возможностей, контроль эмоций, выдержка, умение предугадывать ход событий, индивидуальность.
Пример возникновения самоорганизации системы
С помощью опыта с образованием ячеек Бенара мы можем более подробно изучить процесс самоорганизации системы. Опыт состоит в следующем: вязкую жидкость (допустим, масло) нагрели до необходимой температуры и наблюдали за ней. В результате было выявлено, что в ней образовались структуры в определенном порядке (конвекционные ячейки).
При нагревании жидкости в ее верхнем и нижнем слое происходит перепад температур. Вследствие этого возникают флуктуационные потоки жидкости. Они не имеют какого-то определенного порядка. При этом ячейки не образуются. Это возможно, потому что перепад температуры не слишком большой. Чем дольше происходит процесс нагрева, тем отчетливее наблюдается процесс флуктуации, который увеличивается, и бесструктурное положение жидкости становится все более неустойчивым. Происходит образование структур в виде цилиндров (конвекционные потоки жидкости). Интересно, что жидкость возле краев ячеек опускается вниз, а ближе к центру – поднимается.
На этом примере мы можем сделать вывод, что источником порядка вполне может стать неравновесность.
Эти свойства самоорганизации проявляются только в процессе функционирования системы, но не являются природными. Поэтому вполне возможно развитие нового живого организма (эмбриона) считать тоже процессом самоорганизации. Для того, чтобы сформироваться, зародыш проходит через несколько точек бифуркации. Именно спонтанные нарушения определенного порядка и становятся причиной образования нового организма. Изменения происходят резко. В этих точках развивающийся организм наиболее подвержен негативному влиянию извне.
Когда в процессах самоорганизации системы имеют место необратимые изменения, чаще всего это становится причиной образования новых структур и разрушения старых.
Пример социальной самоорганизации системы
Современный бизнес невозможно представить без процесса самоорганизации и его широкого использования для достижения определенных результатов. Даже в известных на весь мир компаниях процессы самоорганизации и самоуправления системы играют очень важную роль.
![Пример социальной самоорганизации системы]()
С одной стороны, самоорганизацию можно достичь путем, не утвержденным в законодательном порядке, с другой – вполне возможно поставить перед собой четкие цели, расписать пути их достижения.
Когда компания настроена на курс построения наиболее благоприятных отношений (организация/самоорганизация), она, как правило, создает новые организационные формы. Они становятся дополнением к уже существующим моделям взаимодействия.
Что такое самоорганизация среди сотрудников:
достижение поставленной цели за минимальное количество времени, энергии и материалов;
умение четко распределить время для наибольшей производительности;
проработанный пошаговый план действий.
Ключевые роли самоорганизации и самоуправления:
Устранение пробелов в непрофессиональной деятельности управленца.
Развитие формальной организации и управления.
С помощью самоорганизации между сотрудниками сознательно строятся производственные отношения. Любая компания может быть успешной только при условии множества налаженных процессов. Таких, как документооборот, финансовые потоки, принятие различных решений и т. п. И каждый из этих процессов делится на множество задач и этапов выполнения. Законы синергетики самоорганизационной системы позволяют все эти процессы объединить в одно целое – для достижения единой цели.
В процессе самоорганизации системы стоит уделить особое внимание целеполаганию и управлению. Благодаря кибернетике управление экономической системой происходит через обработку социально-экономической информации, принятие важных управленческих решений о работе системы и их реализацию.
Можно сделать вывод, что самоорганизация является неотъемлемой частью организации. Но в любом случае не стоит забывать про человеческий фактор: у каждого свой уровень знаний, свои цели, мотивы и ценности. Поэтому самоорганизация и организация системы должны быть как два взаимодействующих сосуда, которые случайно или осознанно помогают развиваться социальным системам и позволяют избежать значительных проблем.
Читайте также:
