- Появление в них фактора времени.

• - Недетерминированность (принципиальная непредсказуемость траектории) развития на определенных этапах их нелинейной эволюции Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Синергетика как новое мировидение: диалог с И.Пригожиным // Вопросы философии. М.:Наука. - 1992. - С.17.
• Появление на траектории их развития точек бифуркации - пространственно-временных состояний, после которых система может развиваться в нескольких направлениях с определенными вероятностями. Причем вероятности тех или иных траекторий развития могут зависеть от воздействий факторов среды, а вблизи точек бифуркации - от средовых факторов малой и сверхмалой интенсивности. Т.е. в таких системах (не только живых) имеется особое качество - способность «запоминать самой траекторией своего развития» предыдущие воздействия среды, что отражает историю эволюции (жизни, историю болезни) и способность системы к «адаптации». Такая парадигма наиболее адекватна современному уровню развития науки, она описывает и вскрывает самые общие механизмы развития разнообразных систем: от вселенной до элементарных частиц, включая атомно-молекулярные и надмолекулярные системы, живую материю и её социальный уровень организации. Причем, обязательным условием адаптации является большая удаленность от термодинамического равновесия, нелинейность, неоднозначность вероятности развития в точках бифуркации) состояний системы. И одним из условий динамической устойчивости таких систем является качественное разнообразие действующих на нее факторов среды и функциональных структур в самой системе. Например, внутривидовое генетическое разнообразие как фактор сохранения вида, особенно при эволюции в неадекватных условиях среды. Или межвидовое биоразнообразие как основа существования и развития экосистемы, опять же особенно в условиях неадекватных по адаптивной способности системы воздействиях окружающей среды Пальмина Н.П., Белов В.В., Жерновков В.Е., Мальцева Е.Л. О механизмах действия биологически активных веществ в сверхнизких концентрациях // Тезисы докладов IV Международного симпозиума «Механизмы действия сверхмалых доз». 28-29 октября 2008 г.. - М: РУДН. - С.83..
• Парадигмальный синергетический подход объясняет роль структурно-функционального разнообразия биологически активных веществ в процессе сохранения режима стационарности (гомеостаза) клетки, организма при его адаптации к постоянно изменяющимся условиям внешней среды. А это, по словам Г.Селье, и есть жизнь.
• Синергетика как наука впервые в истории естествознания (со времен Ньютона) сводит воедино естественные и гуманитарные науки, динамику и термодинамику, теорию относительности и квантовую механику. Дает совершенно новое понимание «энтропии» и «времени» в их совмещении.
• Применительно к химическому и биологическому уровню организации материи Синергетика является физико-химической основой теории возникновения, эволюции, развития и диссипации всех без исключения биологических систем и большинства наиболее сложно организованных химических (особенно автокаталитических) систем, обеспечивающих процессуальность явлений и жизнедеятельности.

2. Самоорганизация в синергетике. Синергетическая теория управления (СТУ)

Самоорганизация - процессы спонтанного упорядочения (перехода от хаоса к порядку), образования и эволюции структур в открытых, сильно неравновесных и нелинейных средах (системах).

Самоорганизация - понятие, выражающее способность сложных систем к упорядочению своей внутренней структуры. Самоорганизация в сложных и динамичных открытых системах возможна лишь при наличии достаточно большого числа взаимодействующих элементов. Причем поведение взаимодействующих элементов должно быть кооперативным и когерентным. Это относится и к природе, и к обществу - системам биологическим и социальным. Самоорганизация в открытых нелинейных системах не исключает развития системы, перехода ее в новое качество.

Например, организм человека как и другие биологические системы может в процессе самоорганизации перейти из предболезненного состояния в болезнь, а может и выздороветь. Созревание, взросление, старение живых организмов - новые качественные состояния самоорганизации. Семья как микросоциальная система, как и общество в целом, и отдельное государство могут менять свою структуру и качественное состояние в процессе самоорганизации Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Основания синергетики. Режимы с обострением, самоорганизация, темпомиры - СПб.: Алетейя, 2002. - С.109.

Поскольку основной задачей синергетики является изучение условий и механизмов процессов самоорганизации в материальных системах, следует в первую очередь рассмотреть в обобщённом виде, наиболее фундаментальные свойства материальных систем (вещественных, полевых, смешанного типа).

1. Системы возникают, эволюционируют и дезинтегрируются в пространственно-временном континууме.

2. Системы могут быть простыми или сложными, т.е. состоять из нескольких или многих одинаковым или разнородных (фрактальных) частей, которые находятся во взаимодействии друг с другом.

3. Системы могут быть закрытыми или открытыми, т.е. обмениваться с окружающей средой энергией (в частном случае веществом) и/или информацией, иными словами существовать в потоках энергии (вещества) и/или информации.

4. Системы могут стремиться к термодинамическому равновесию, либо существовать вблизи/вдалеке от него за счёт внутренних колебаний или внешних воздействий.

5. Системы могут стать стабильными (устойчивыми) или нестабильными (неустойчивыми).

6. По пространственной организации системы могут быть изотропными или анизотропными

7. Процессы, происходящие в системах, могут быть линейными, либо не линейными.

8. Структуры и процессы в системах могут быть упорядоченными или хаотическими.

Анализ обширнейшей литературы по критериям феномена самоорганизации в различных системах: физической (от элементарных частиц до Вселенной), химической, биологической, социальной природы позволяет выделить ключевые характеристики систем, являющиеся необходимыми и достаточными условиями возможности протекания в них процессов самоорганизации новых структур (диссипативных структур) - «порядка из хаоса».

Такие системы должны быть:

- сложными;

- открытыми и сильно удаленными от состояния термодинамического равновесия;

- анизотропными по структуре;

- процессы взаимодействия между частями системы и между системой в целом и внешними факторами должны быть нелинейными Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Основания синергетики. Синергетическое мировидение.- М.: КомКнига, 2005. - С.78-79.

При выполнении этих условий системы становятся нестабильными, в них возникают отрицательные обратные связи (определяющие колебательные процессы) и положительные обратные связи (определяющие способность малых и сверхмалых флуктуаций к разрастанию, а не к нивелированию). Следствием вышеотмеченного являются качественные изменения в этих системах, появление у них новых эмерджентных свойств (возникающие в целостной сложной системе и отсутствующие в её составных частях), включая возникновение из «хаоса» пространственных, временных, пространственно-временных или функциональных «диссипативных» структур, что и означает появление качественно нового свойства - способности к самоорганизации.

Таким образом, процесс самоорганизации (образования «диссипативных структур») в сложной (состоящей из большого числа разнородных элементов взаимодействующих между собой по нелинейным законам), открытой для потоков энергии вовне и внутрь, вещества и информации, сильно неравновесной системе может происходить только из предшествующего состояния «динамического хаоса», благодаря «конкурентной борьбе» слабых и даже сверхслабых флуктуаций внутри системы. В результате этой конкуренции происходит разрастание той из них, которая по своим характеристикам состояния системы более оптимальна фрактальным свойствам того «странного аттрактора», к которому стремится система после точки бифуркации. В этом заключается роль «случайности» в определении траектории развития системы в «режиме с обострением», после точки бифуркации, а также принципиальная детерминистическая непредсказуемость траектории эволюции системы после прохождения ею точки бифуркации, точнее предсказуемость с точностью только до «аттрактора».

Основные особенности СТУ применительно к задаче системного синтеза состоят, во-первых, в кардинальном изменении целей поведения синтезируемых систем; во-вторых, в непосредственном учете в процедурах синтеза естественных свойств нелинейных объектов; и, в-третьих, в формировании нового механизма генерации обратных связей, т.е. законов управления. Конкретно суть этих нововведений состоит в следующем:

целью функционирования систем является достижение целевых аттракторов - асимптотических пределов в их пространстве состояний, отражающих желаемые технологические режимы систем;

целевые аттракторы и инвариантные многообразия отражают физическую сущность естественных процессов, протекающих в соответствующем объекте. Эти многообразия формируются на основе желаемых технологических инвариантов;

введение в процедуру синтеза инвариантных многообразий позволяет построить регулярный механизм аналитической генерации естественной совокупности отрицательных и положительных нелинейных обратных связей, которые формируют процессы направленной самоорганизации в синтезируемых системах.

При синергетическом подходе к синтезу систем целью функционирования замкнутой нелинейной системы, в отличие от классической теории регулирования и теории оптимального управления, является не только выполнение требований, выдвинутых к характеру переходного процесса, а, в первую очередь, обеспечение желаемого асимптотического поведения системы на аттракторе. Это связано с тем обстоятельством, что поведение любой нелинейной диссипативной системы может быть разделено на этап переходного движения, когда ее траектории устремляются к аттрактору, и этап асимптотического движения на желаемом аттракторе - цели системы. Такой подход позволяет принципиально разрешить проблему аналитического синтеза объективных законов управления нелинейными многомерными и многосвязными объектами. Это - законы обратных связей, синтезируемых на основе наиболее полных нелинейных моделей динамических объектов с непосредственным учетом их естественных закономерностей, физических (химических и др.) критериев и ограничений Дмитриева М.С. Синергетика в науке и наука языком синергетики //Сборник статей.- Одесса. Изд-во «Астропринт». - 2005. - С.67.

Таким образом, в СТУ целью синтезируемой системы является достижение соответствующего желаемого аттрактора, т.е. асимптотически устойчивого конечного состояния. Размерность аттрактора - цели исходной системы - обычно существенно меньше размерности ее фазового пространства. Отсюда вытекает идеология процессов обработки информации и управления в сложных нелинейных динамических системах: для этого необходимо, чтоб указанные процессы включали, по меньшей мере, две фазы: во-первых, фазу расширения и, во-вторых, фазу сжатия пространства состояний. Эти фазы реализуются с помощью соответствующей совокупности нелинейных положительных и отрицательных обратных связей. При этом в фазе расширения в системе формируется подмножество различных альтернатив поведения для ее взаимодействия с внешней средой или другими системами. В фазе сжатия система сжимает область притяжения аттракторов, ранее построенных, в один из желаемых аттракторов - цель системы. Согласно базовым положениям СТУ, стратегия управления направленными процессами самоорганизации в синтезируемых системах состоит в формировании и поддержании внешне- и внутрисистемных инвариантов, определяющих структуру соответствующих аттракторов - целей системы. В зависимости от поставленных целей вводимые инварианты и аттракторы могут быть постоянными или динамическими, что соответственно означает стабилизацию состояния системы или же переход ее в новое динамическое состояние. В первом случае системные инварианты реализуют «стабилизирующий», а во втором - «динамический» отборы. Другими словами, целенаправленное формирование инвариантов и аттракторов позволяет осуществить способ направленной самоорганизации систем. В этой связи СТУ, базирующаяся на идее направленной самоорганизации, позволяет по-новому поставить и затем эффективно решить многие трудные проблемы управления, которые либо не поддавались разрешению известными методами существующей теории управления, либо и вовсе не ставились в силу их особой сложности. Синергетический подход позволил принципиально расширить саму постановку проблемы управления и качественно изменить ее содержание как в отношении включения естественных свойств управляемых процессов в контекст задачи управления, так и в отношении охвата макрообластей фазового пространства конструируемых систем. Этот подход представляет собой развитие качественной и количественной теории динамических систем с сильно выраженным отражением физической (химической, биологической и др.) сущности управляемых процессов и поиском аналогов и законов поведения среди природных систем Пригожин И. От существующего к возникающему. Время и сложность в физических науках. М.:Едиториал УРСС, 2002. - С.91.

Для СТУ характерна оптимизация поведения систем не только в «большом», что является еще не решенной в должной мере проблемой существующей теории управления, но и в «сверхбольшом» - это «макропостановка» задачи управления. Ее суть состоит во введении в рассмотрение качественно новых режимов поведения нелинейных систем - бифуркаций и фазовых переходов, опасных аттракторов в их пространстве состояний, неединственности решения задачи управления и др. Необходимость введения этих понятий связана с установлением фундаментального факта современного естествознания - возможности возникновения диссипативных пространственно-временных структур в фазовом пространстве сложных динамических систем. Образование таких структур характерно для макроскопического уровня описания поведения систем, что соответствует явлению самоорганизации. Указанные структуры наделяют систему принципиально новыми свойствами, которые не были присущи отдельным ее компонентам. Такие структуры представляют собой некоторые притягивающие инвариантные многообразия, которые, в свою очередь, формируют внутрисистемные динамические связи, в результате чего в фазовом пространстве систем возникает когерентное движение.

Другими словами, в СТУ, в отличие от определенной бинарной оппозиции физики и кибернетики, вещественно-энергетические и информационные взаимодействия естественным образом согласуются друг с другом, что выражается в форме соответствующих физических инвариантов и аттракторов - целей функционирования систем. При этом информационные взаимодействия отражаются в виде нового механизма генерации естественной совокупности обратных связей и именно в этом проявляется кибернетическая сторона СТУ. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебник. -- Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2004. - С.178

В СТУ развивается подход, базирующийся на языке инвариантов, который непривычен для известных методов теории управления. Введенный язык инвариантов - аттракторов, как основной элемент теории управления, позволяет установить непосредственную связь с законами сохранения, т.е. фундаментальными естественными свойствами объектов различной природы. Инварианты, самоорганизация, каскадный синтез - это базовые понятия концептуального лексикона СТУ, определяющие ее сущность, новизну и содержание. Развитые методы синергетического синтеза показали особую эффективность в решении важных прикладных задач управления, в большинстве случаев недоступных известным методам, в том числе и теории оптимальных систем. Однако препятствием на пути освоения этих методов и, следовательно, внедрения их в практику могут стать следующие известные мировоззренческие и психологические проблемы:

во-первых, это связано со знаменитой триадой «нелинейность - многомерность - многосвязность», внушающей мистический ужас даже опытным проектировщикам систем управления, воспитанным на редукционистской линейной доктрине, которая положена в основу классической науки. То же в полной мере относится к классической и современной теориям управления, в которых доминирует традиционный линейный подход. Однако применение этого подхода для управления перспективными динамическими объектами является глубоким мировоззренческим заблуждением - «... истинные законы не могут быть линейными», - указывал А.Эйнштейн; во-вторых, очевидно, что указанная триада требует перехода в научном мировоззрении на новые целостные, синтезирующие концепции. Однако такой переход осуществить весьма непросто, т.к. подавляющее большинство методов современной науки все еще продолжает опираться на традиционную аналитику классического естествознания. В теории управления такой фундаментальной синтезирующей концепцией является синергетическая концепция управляемого взаимодействия энергии, вещества и информации в процессах различной природы. На основе этой концепции сформулирован принцип «расширения - сжатия» фазового пространства, на котором базируется новый метод аналитического конструирования агрегированных регуляторов. Указанные принцип и метод позволяют коренным образом преодолеть «проклятие размерности» сложных систем, сформулированное Р. Беллманом. Оказалось, что возможность увеличения числа степеней свободы синтезируемой системы для требуемого совершенствования ее качества позволяет выдвинуть обратный тезис о «благотворности высокой размерности» управляемых систем. Это как раз и будет свидетельствовать об успешном преодолении одной из наиболее сдерживающих преград в развитии теории управления; в-третьих, известно, что основным психологическим препятствием на пути признания нового подхода являются стереотипы мышления, установившиеся в соответствующей научной или прикладной области Котельников Г.А. Теоретическая и прикладная синергетика, 2005 - С.66.

Суть их состоит во взгляде на ту или иную проблему с застывших позиций или, говоря языком теории систем, в пребывании исследователя в неизменной системе координат. Наиболее радикальным средством преодоления таких стереотипов является введение нового языка науки и построение на его основе обобщенных моделей, описывающих расширенную область поведения с множеством «позиций наблюдения», с которых можно «рассматривать» изучаемую проблему. Примером может служить ситуация с аксиоматической базой СТУ, включающей в себя новые понятия: притягивающие многообразия, аттракторы и инварианты, введение которых в науку управления представляется совершенно очевидным и естественным. Однако для этого крайне необходимо преодолеть те многолетние стереотипы, которые установились в теории управления, несмотря на ее прежние достижения и успехи. Эффективным способом кардинального преодоления этих стереотипов является опора на фундаментальный принцип «расширения - сжатия» фазового пространства, положенный в основу СТУ Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Основания синергетики. М., 2002. - С.106.

синергетика познание природа мышление

Заключение

Проблемы, с которыми впервые столкнулось человечество, и возможные сценарии их дальнейшего развития. С одной стороны, численность человечества и суммарное техногенное воздействие на экосистему Земли достигли значений, вплотную приблизившихся к теоретическим пороговым значениям. С другой стороны, человечество вступило в этап своего развития, который называют информационным обществом. Главные его характеристики -- компьютерная революция и экспоненциальное нарастание информационных потоков. В этих условиях появление новых парадигм познания вполне закономерно, и наиболее интегративной из них становится синергетика.

Синергетика -- новое направление в познании человеком природы, общества и самого себя, смысла своего существования. Новое качество в познании достигается за счет использования нелинейного мышления и синтеза достижений различных наук при конструировании образа мироздания. Синергетика -- это область научного знания, в которой посредством междисциплинарных исследований выявляются общие закономерности самоорганизации, становления устойчивых структур в открытых системах.

Утверждая принципы нелинейного мышления, синергетика идет на смену классическим философско-методологическим системам. Исходя из этого, синергетика стремится к адекватному восприятию и трезвой оценке подходов, свойственных всем ветвям познавательной деятельности, включая оккультные науки, религиозно-теологические, теософские и другие системы. Она тем самым освобождает мысль человека от каких бы то ни было догм, шор и открывает неограниченные просторы проявлениям его разума, развитию познавательных потенций и творчества. Единственное ограничение, которое науке и человеку в его творческой деятельности следует принять во внимание, связано с этическими соображениями.

Синергетическая система (т.е. развивающаяся по законам синергетики) состоит из подсистем самой различной природы: электронов, атомов, молекул, клеток, органов растений, животных или человека, особей в популяции или популяций и видов в экосистеме и т.д.

Под самоорганизацией в синергетике понимаются процессы возникновения макроскопически упорядоченных пространственно-временных структур (диссипативных структур) в сложных нелинейных системах, находящихся в далеких от равновесия состояниях, вблизи особых критических точек - точек бифуркации, в окрестности которых системы становятся неустойчивыми. «Механизмами» самоорганизации могут служить изменение управляющих параметров, изменение числа компонент, фазовые переходы и т.д.

Порядок - это состояние системы, в которой между множеством элементов любой природы существуют устойчивые («регулярные») отношения, повторяющиеся в пространстве или во времени, или в том и другом. Хаос - это состояние системы, в которой между множеством элементов нет устойчивых (повторяющихся) отношений.

Таким образом, с позиций синергетики физическая картина мира представляет сложную иерархию открытых, неравновесных, нелинейных и поэтому самоорганизующихся систем, подчиняющихся некоторым универсальным законам эволюции

Список использованной литературы