Природничо-наукові засади синергетики

Синергетика заснована на принципово новому баченні світу і новому розумінні процесів розвитку в порівнянні з тим переважаючим способом бачення, який панував в класичній науці впродовж попередніх століть, — науці І. Ньютона і П. Лапласа: випадковість виключалася як щось зовнішнє і неістотне; процеси, що протікають в світі, представлялися оборотними в часі і передбаченими на необмежено довгий період; еволюція вважалася процесом, позбавленим відхилень, повернень, побічних явищ.

У класичній науці XIX ст. панувало переконання, що матерії спочатку властива тенденція до руйнування всякої впорядкованості, прагнення до вихідної рівноваги (у енергетичному сенсі це і означало хаос). Такий погляд на речі сформувався під впливом представлень рівноважної термодинаміки, науки, що займається процесами взаємоперетворення різних видів енергії. Встановлено, що взаємне перетворення тепла і роботи нерівнозначно: робота може повністю перетворитися на тепло тертям або іншими способами, а ось тепло повністю перетворити на роботу принципово неможливо. Отже, у взаємопереходах одних видів енергії в інших існує визначена самою природою спрямованість. Знаменитий другий початок (закон) термодинаміки у формулюванні німецького фізика Р. Клаузіуса — про те, що теплота не переходить мимоволі від холодного тіла до гарячого [2, с. 231].

У термодинаміку було введено поняття ентропії, під якою розуміється міра безладу системи. Точніше формулювання другого початку термодинаміки набрало такого вигляду: при мимовільних процесах в системах, що мають постійну енергію, ентропія завжди зростає. Максимальна ентропія означає повну термодинамічну рівновагу, що еквівалентно хаосу (чим більше міра ентропії в системі, тим менше міра порядку).

Єдиним «докором» термодинаміці служила дарвіновська теорія еволюції, згідно якої процес розвитку рослинного і тваринного світу характеризується безперервним ускладненням, наростанням рівня організації і порядку. Жива природа прагне геть від термодинамічної рівноваги і хаосу.

Так виявилося «нестикування» законів розвитку живої і неживої природи. Стало ясно, що для збереження несуперечності загальної картини світу необхідно постулювати наявність в матерії в цілому не лише руйнівної, але і творчої тенденції. Матерія здатна здійснювати роботу і проти термодинамічної рівноваги, самоорганізовуватися і самоускладниватися.

Постулат про здібність матерії до саморозвитку був введений у філософію в античні часи, тоді як його необхідність у фундаментальних природних науках стала усвідомлюватися лише останнім часом. Таким чином сформувалися передумови для виникнення теорії самоорганізації.

Поняття самоорганізації знаходиться в центрі сучасних уявлень про еволюційні процеси. І. Прігожин одним з перших встановив, що системи, надані самі собі, можуть зменшувати ентропію всупереч всім раніше відомим уявленням. Ю. Антоногов писав, що в природі є закон, що відображає рух антиентропії і, ймовірно, можливий ще один закон переходу речовини в організацію [1, с. 57].

Тепер все ширше признається, що самоорганізація — фундаментальний процес природи. Встановлено, що існують взаємозв'язані і взаємообумовлені матеріальні об'єкти з рівноважною і нерівноважною структурною організацією речовини. Одні з них утворюються в ході процесу, що прагне до рівноваги, інші — в ході процесу, що прагне до нерівноваги. Головною особливістю процесу самоорганізації є його антиентропійна спрямованість.

Термін «самоорганізація» став застосовуватися для позначення природних процесів антиентропійного впорядкування, що мають іншу природу, ніж процес рівноважної організації (наприклад, кристалізації), хоча довгий час вважалося, що порушення другого закону термодинаміки можливі лише при свідомому втручанні людини. Приставка «само-» підкреслює як імманентні причини явища, так і існування відмінностей в природі нерівноважного і рівноважного впорядкування, пов'язаних з активною або пасивною їх роллю в становленні відповідного порядку (самоорганізація — активне впорядковування).

Розрізняти самоорганізацію і організацію при аналізі складних явищ можна лише на основі відмінності їх сутності. Самоорганізація передбачає природну зміну стану.

У ідеях І. Прігожина, розвинених Г. Хакеном в синергетику, розглядається так звана когерентна самоорганізація. Її механізм пов'язаний з кооперативною взаємодією безлічі однорідних компонентів, що наводить до синхронізації внутрішніх процесів і їх когерентної поведінки. Такий механізм Г. Хакен назвав синергетичним (від грецького synergia — спільна кооперативна дія). Термін «синергетика» введений Г. Хакеном для позначення міждисциплінарного напряму, що надає завдяки результатам досліджень в області теорії лазерів і нерівноважних фазових переходів ідейну основу для плідної співпраці дослідників в різних областях. Синергетика, по Р. Хакену, займається вивченням систем, що складаються з великого числа частин, і складним чином взаємодіють між собою. У Г. Хакена в цьому відношенні були попередники: Ч. Шеррінгтон, І. Забуський і ін. Але вони говорили лише про часткові приклади синергетичних процесів.

Деякі авторитетні автори висловлюються про синергетику як про нову наукову парадигму. Під парадигмою у філософії науки розуміють певну сукупність загальноприйнятих в науковому співтоваристві ідей і методів (зразків) наукового дослідження. Синергетику як нову парадигму можна коротко охарактеризувати трьома ключовими ідеями: нелінійність, самоорганізація, відкриті системи [1, c. 59].

Відносно самоорганізації Г. Хакен писав: «Корисно мати яке-небудь відповідне визначення самоорганізації. Ми називаємо систему такою, що самоорганізується, якщо вона без специфічної дії ззовні знаходить якусь просторову, тимчасову і функціональну структуру. Під специфічною дією ми розуміємо таку, яка нав'язує системі структуру або функціонування. У разі ж самоорганізації система випробовує неспецифічну дію. Наприклад, рідина, що підігрівається знизу, абсолютно рівномірно знаходить в результаті самоорганізації макроструктуру, утворюючи шестикутні вічка» [1, c. 59-60].

В даний час загальновизнаним можна рахувати уявлення про самоорганізацію як про спонтанний перехід відкритої нерівноважної системи від менш складних і впорядкованих форм організації до складніших.

З точки зору теорії динамічного хаосу феномен самоорганізації можна розглядати у вигляді народження структури з хаосу структур. Система, в якій стохастичність траєкторій є наслідок внутрішніх взаємодій, а не випадкових зовнішніх дій, називається динамічним хаосом, — рух часток розглядається як випадковий [1, c. 59-60].

Узагальнюючи вищевикладене, можна відзначити, що синергетика (від грецького synergetikos — спільний, такий, що погоджено діє) — науковий напрям, що вивчає процеси створення і колективної взаємодії об'єктів (елементів, підсистем):

• що відбуваються у відкритих системах за нерівноважних умов;

• що супроводжуються інтенсивним обміном речовиною і енергією підсистем з системою і системи з довкіллям;

• що характеризується мимовільністю (відсутністю жорсткої детермінації ззовні) поведінки об'єктів (підсистем), яка поєднується з їх взаємодією;

• що мають результатом впорядкування, самоорганізацію, зменшення ентропії, а також еволюцію систем.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Системних досліджень і синергетики	\|

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.01 сек.