Синергетика – наука о самоорганизации мате-рии

    Федеральное агентство по образованию Российской Федерации  
 

    Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования «Рязанский государственный университет имени                     С.А. Есенина». 

    Естественно-географический факультет.

    Отделение социально-культурного  сервиса и туризма. 
 
 

РЕФЕРАТ 

на  тему: 

«Синергетика  – наука о самоорганизации  материи» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Содержание

      
 
 

 

     Введение

    В последние годы наблюдается стремительный  и бурный  рост  интереса  к междисциплинарному   направлению,   получившему   название    «синергетика».

    Издаются  солидные монографии, учебники,  выходят  сотни  статей,  проводятся национальные  и  международные  конференции.  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  основоположений  синергетики   и   возникающей отсюда необходимости уточнения статуса излагаемого материала.

    Цель  данной работы – попытаться на доступном  уровне раскрыть  существо и понятие синергетики, как нового  направления  современной  научной  мысли.

    Данная  работа,  в  сущности,  результат   совмещения   многих   источников, результат  поиска  некоей  золотой  середины  в  описании  синергетики   как перспективного направления современной научной мысли. 
 

         

 

     1. Синергетика по Хакену

    Создателем  синергетического  направления  и   изобретателем   термина "синергетика"  является  профессор Штутгартского  университета  и  директор Института теоретической  физики  и  синергетики  Герман  Хакен.  Сам  термин «синергетика»   происходит   от   греческого   «синергена»   -   содействие, сотрудничество, «вместедействие».

    По  Хакену,  синергетика  занимается  изучением  систем,  состоящих  из большого  (очень  большого,  «огромного»)  числа   частей,   компонентов   или подсистем, одним словом, деталей, сложным  образом  взаимодействующих  между собой. Слово «синергетика» и  означает  «совместное  действие»,  подчеркивая согласованность функционирования частей, отражающуюся  в  поведении  системы как  целого.  Очевидно,  что  методологии  разных  областей   знания   столь различны, что их общность может  быть  реализована  лишь  на  концептуальном уровне. Подтверждением того, что замысел Г. Хакена был в  определенной  мере неопределенен и субъективен,  являются  свидетельства  некоторых  ученых,  в беседах  с  которыми  Г.  Хакен  говорил,  что  называние  предложенного  им научного направления  «синергетикой»  случайно  и непринципиально.  Трудно, однако,  согласиться  с  мнением,  что   название   непринципиально,   и   с полаганием, что синергетику  можно  было  бы  с  неменьшим  успехом  назвать Х–наукой. В  конечном  счете,  начинание Г.  Хакена  оказалось  плодотворным именно   благодаря   естественно   понимаемой   ассоциации   синергетики   с самоорганизацией.

       

    2. Начала  синергетики

    Ч.   Шеррингтон   называл    синергетическим,    или    интегративным, согласованное воздействие нервной системы (спинного  мозга)  при  управлении мышечными движениями (согласованное действие сгибательных  и  разгибательных мышц - протагониста и антагониста).

    С. Улам был непосредственным участником  одного  из  первых  численных экспериментов на ЭВМ первого поколения и  понял  всю  важность  и пользу «синергии, т. е.  непрерывного  сотрудничества  между  машиной  и  ее оператором»,  осуществляемого  в  современных   машинах   за   счет   вывода информации на дисплей.

    И. Забуский к середине 60-х годов, реалистически  оценивая ограниченные возможности  как  аналитического,  так  и  численного  подхода   к   решению нелинейных задач, пришел к выводу  о  необходимости  единого  синтетического подхода. По его словам, «синергетический подход к нелинейным  математическим и физическим задачам можно определить как совместное использование  обычного анализа и  численной  машинной  математики  для  получения  решений  разумно поставленных  вопросов  математического  и  физического  содержания  системы уравнений».

    Все вышеприведенные начала объединяет тот факт, что  во  всех  случаях речь идет о согласованности действий. 

      

    3. Отсутствие стандарта терминов

    Синергетика,  занимающаяся  изучением  процессов   самоорганизации   и возникновения, поддержания, устойчивости и распада структур самой  различной природы, еще далека от завершения и единой общепринятой терминологии (в  том числе и единого названия всей теории) пока не существует.  Ряд  авторитетных авторов высказывается о синергетике как о новой научной парадигме.  Например, в работе   говорится:  «Предельно  краткая  характеристика  синергетики  как новой научной парадигмы включает в себя  три  основные  идеи:  нелинейность, открытость, диссипативность».  Более  общей  является  следующая  трактовка: «Синергетика является теорией  эволюции  и  самоорганизации  сложных  систем мира,  выступая  в   качестве   современной   (постдарвиновской)   парадигмы эволюции».

    Заслуживающим внимания представляется следующее  определение:

    «Синергетика  —  (от  греч.  synergetikos   —   совместный,   согласованный, действующий),  научное  направление,  изучающее   связи   между   элементами структуры   (подсистемами),   которые   образуются   в   открытых   системах (биологических,   физико-химических   и   других)   благодаря   интенсивному (потоковому)  обмену  веществом   и   энергией   с   окружающей   средой   в неравновесных  условиях.  В   таких   системах   наблюдается   согласованное поведение   подсистем,   в   результате   чего   возрастает    степень    ее упорядоченности,  т.  е.  уменьшается энтропия  (самоорганизация)».

    Бурные  темпы  развития  новой  области,  не  оставляют  времени  на унификацию понятий и приведение в стройную систему  всей  суммы  накопленных фактов. Исследования  в новой области ввиду ее специфики  ведутся  силами  и средствами   многих   современных   наук,   каждая   из   которых   обладает свойственными  ей  методами  и  сложившейся  терминологией.  Параллелизм   и разнобой в терминологии и системах  основных  понятий  в  значительной  мере обусловлены также различием в подходе и взглядах отдельных  научных  школ  и направлений  и  в  акцентировании  ими   различных   аспектов   сложного   и многообразного процесса самоорганизации. Отсутствие  в  синергетике  единого общепринятого научного языка  глубоко  символично  для  науки,  занимающейся явлениями развития и качественного преобразования.

    Строгое  определение синергетики требует  уточнения того, что  следует считать  большим  числом  частей  и  какие  взаимодействия   попадают   под категорию сложных. Считается, что сейчас строгое определение, даже  если  бы оно было возможным, оказалось бы явно преждевременным. Поэтому далее (как  и в работах самого Хакена и его последователей) речь пойдет лишь  об  описании того,  что  включает  в  себя  понятие  "синергетика",  и  её  отличительных особенностей. 
 

          4. Междисциплинарность синергетики

    Системы, составляющие предмет изучения синергетики, могут  быть  самой различной  природы  и  содержательно  и  специально   изучаться   различными науками,    например,    физикой,    химией,     биологией,     математикой, нейрофизиологией,  экономикой,  социологией,  лингвистикой  (перечень   наук легко можно было бы продолжить).  Каждая  из  наук  изучает  "свои"  системы своими, только ей присущими, методами и формулирует  результаты  на  "своем" языке. При существующей далеко зашедшей дифференциации науки это приводит  к тому, что достижения одной науки зачастую становятся  недоступными  вниманию и тем более пониманию представителей других наук.

    В отличие от традиционных областей науки  синергетику интересуют  общие закономерности  эволюции  (развития  во  времени)  систем   любой   природы. Отрешаясь от специфической природы систем, синергетика обретает  способность описывать их эволюцию на интернациональном языке, устанавливая  своего  рода изоморфизм двух явлений, изучаемых специфическими средствами двух  различных наук, но имеющих общую модель,  или,  точнее,  приводимых  к  общей  модели. Обнаружение единства модели позволяет  синергетике  делать  достояние  одной области науки доступным пониманию представителей совсем другой, быть  может, весьма далекой от нее области науки и переносить результаты одной науки  на, казалось бы, чужеродную почву.

    Следует особо подчеркнуть, что синергетика  отнюдь не является одной из пограничных  наук  типа  физической  химии  или   математической   биологии, возникающих на стыке двух наук (наука, в чью предметную  область происходит вторжение,  в  названии  пограничной  науки  представлена   существительным; наука,   чьими    средствами    производится    "вторжение",    представлена прилагательным;  например,  математическая  биология  занимается   изучением традиционных объектов биологии математическими методами). По замыслу  своего создателя профессора Хакена, синергетика призвана играть  роль  своего  рода метанауки, подмечающей и изучающей  общий  характер  тех  закономерностей  и зависимостей, которые частные науки считали  "своими".  Поэтому  синергетика возникает не на стыке наук в более или менее широкой или  узкой  пограничной области, а  извлекает  представляющие  для  нее  интерес  системы  из  самой сердцевины предметной области частных  наук  и  исследует  эти  системы,  не апеллируя к их природе, своими  специфическими  средствами,  носящими  общий ("интернациональный")  характер  по  отношению  к  частным  наукам.   Физик, биолог, химик и математик видят свой материал, и  каждый  из  них,  применяя методы своей науки, обогащает общий запас идей и методов синергетики.

    Как и всякое научное направление, родившееся  во второй  половине  ХХ века, синергетика возникла не на пустом месте. Ее  можно  рассматривать  как преемницу и  продолжательницу  многих  разделов  точного  естествознания,  в первую очередь  (но  не  только)  теории  колебаний  и  качественной  теории дифференциальных уравнений. Именно теория колебаний с ее  "интернациональным языком", а впоследствии и "нелинейным мышлением"  (Л.И.  Мандельштам)  стала для синергетики прототипом науки, занимающейся  построением  моделей  систем различной природы, обслуживающих различные  области  науки.  А  качественная теория дифференциальных уравнений, начало которой  было  положено  в  трудах Анри Пуанкаре, и выросшая  из  нее  современная  общая  теория  динамических систем вооружила синергетику значительной частью математического аппарата. 
 

         

    5. Самоорганизация в синергетике

    В определенной части своего смысла синергетика  и  такие  понятия  как самоорганизация, саморазвитие и эволюция имеют общность,  которая  позволяет указать  их  все  в  качестве  результатов  синергетического   процесса.   В особенности самоорганизация устойчиво ассоциируются сегодня с  синергетикой. Однако такие ассоциации имеют двоякое  значение.  С  одной  стороны,  эффект самоорганизации  является  существенным,  но,  тем  не   менее,   одним   из компонентов, характеризующих синергетику, с другой — именно  этот  компонент придает выделенный смысл всему понятию синергетики и, как правило,  является наиболее существенным и представляющим наибольший интерес.

    О соотношении синергетики и самоорганизации следует вполне определенно сказать, что содержание, на которое они  распространяются,  и  заложенные  в них идеи неотрывны друг от друга. Они, однако,  имеют  и  различия.  Поэтому синергетику как концепцию самоорганизации  следует  рассматривать в смысле взаимного сужения этих понятий на области их пересечения. 

         

    6. Синергетическая концепция самоорганизации

    1) Объектами исследования являются  открытые  системы  в  неравновесном состоянии, характеризуемые интенсивным (потоковым,  множественно–дискретным) обменом веществом и энергией  между  подсистемами  и  между  системой  с  ее окружением.

    2) Среда — совокупность составляющих  ее (среду) объектов,  находящихся в динамике. Взаимодействие исследуемых объектов в среде характеризуется  как близкодействие  —  контактное  взаимодействие.  Среда  объектов  может  быть реализована  в  физической,  биологической  и  другой  среде  более  низкого уровня, характеризуемой  как  газо-подобная,  однородная  или  сплошная.  (В составе системы реализуется дальнодействие  —  полевое  и  опосредствованное (информационное взаимодействие))