Самоорганизация

Оглавление

Введение 3

1. Формирование  идей самоорганизации 4

2. Самоорганизация  как основа эволюции 8

3. Самоорганизация  в диссипативных структурах 9

4. Самоорганизация  - источник и основа эволюции  систем 12

5. Эволюция  и теория систем 15

6. Самоорганизация  в различных видах эволюции 17

7. Эволюция  в социальных и гуманитарных  системах 18

Заключение 21

Библиографический список 22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В настоящее время концепция  самоорганизации получает все большее  распространение не только в естествознании, но и в социально-гуманитарном познании. Поскольку большинство наук изучают  процессы эволюции систем, постольку  они вынуждены анализировать  и механизмы их самоорганизации. Вот почему концепция самоорганизации  становится теперь парадигмой исследования обширного класса систем и совершающихся  в них процессов и явлений. Обычно под парадигмой в науке  подразумевают фундаментальную  теорию, которая применяется для  объяснения широкого круга явлений, относящихся к соответствующей  области исследования. Примерами  таких теорий могут служить классическая механика Ньютона или эволюционное учение Дарвина. Сейчас значение понятия  парадигмы еще больше расширилось, поскольку оно применяется не только к отдельным наукам, но и  к междисциплинарным направлениям исследований. Типичными примерами  таких междисциплинарных парадигм являются возникшая полвека назад  кибернетика и появившаяся четверть века спустя синергетика. По ходу изложения  в некоторых главах мы уже освещали некоторые понятия и принципы синергетики, чтобы получить более  общее и глубокое представление  о конкретных механизмах самоорганизации. В этой главе рассмотрим их подробнее  в историческом и теоретическом  плане.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Формирование  идей самоорганизации

Ранние подходы к изучению самоорганизации в отдельных  науках ясно обозначились еще в XVIII в. Они связаны прежде всего с деятельностью основоположника классической политической экономии Адама Смита (1723-- 1790), который в своем главном труде "Исследование о природе и причинах богатства народов" ясно выразил идею о том, что спонтанный порядок на рынке является результатом взаимодействия различных, часто противоположных стремлений, целей и интересов многочисленных его участников. Каждый отдельный человек старается употреблять свой капитал так, чтобы продукт его обладал наибольшей стоимостью. Обычно он и не имеет в виду содействовать общественной пользе и не сознает, насколько содействует ей. Преследуя свои собственные интересы, он часто более действенным образом служит интересам общества, чем тогда, когда сознательно стремится служить им.

Аналогичные идеи относительно самоорганизации норм нравственности в обществе высказывали в том  же веке шотландские моралисты, которые  подчеркивали, что принципы нравственного  поведения людей не создаются  правителями, политиками и иными  общественными деятелями, а формируются  медленно и постепенно в ходе самоорганизации  людей под влиянием изменяющихся условий их жизни.

Важно при этом обратить внимание на то, что идеи самоорганизации, самосовершенствования и улучшения  деятельности социальных систем и общественных учреждений упомянутые ученые связывают  с эволюционными процессами, которые  происходят в жизнедеятельности  людей. Конечно, чаще всего идеи самоорганизации  и эволюции не были четко и ясно выражены, они скорее были результатом  интуитивного прозрения, чем строгого научного исследования.

Эволюционная теория Дарвина  послужила мощным толчком для  развертывания исследований о механизмах развития различных природных и  социальных систем. Если физические и  химические методы исследования многое дали для анализа структуры и функционирования живых систем, то эволюционная концепция биологии заставила физиков и химиков по-новому взглянуть на объекты своих исследований и природу в целом. Прежде всего, понятие об обратимых процессах, прочно утвердившееся в механике, не учитывало реального характера процесса изменений в природе. Действительно, для механического описания процессов достаточно задать лишь начальные координаты и скорость движущегося тела. Тогда с помощью системы дифференциальных уравнений, описывающих движение, можно однозначно определить положение тела в любой момент как в прошлом, так и в настоящем. Поэтому фактор времени по сути дела не играет никакой роли в механике.

Такое представление крайне упрощает свойства реальных процессов, и в середине прошлого века физики в связи с изучением тепловых процессов вынуждены были ввести фактор времени, который отражал  бы реальные изменения, происходящие в  ходе эволюции системы. Но представление  об эволюции в классической термодинамике, изучающей изолированные системы, было совершенно чуждо механике. В  то же время эволюция в термодинамике  понималась совсем иначе, чем в биологии. Резкое противоречие между биологической  и физической эволюцией удалось  разрешить только после того, когда  физика обратилась к понятию открытой системы, т. е. системы, которая обменивается с окружающей средой веществом, энергией и информацией. При определенных условиях в открытых системах могут  возникнуть процессы самоорганизации  в результате получения новой  энергии и вещества извне и  диссипации, или рассеяния, использованной в системе энергии. Таким образом, было установлено, что ключ к пониманию  процессов самоорганизации содержится в исследовании процессов взаимодействия системы с окружающей средой.

К установлению общего взгляда  на процессы самоорганизации разные ученые шли разными путями. Автор  самого термина "синергетика" немецкий физик Герман Хакен, исследовал механизмы кооперативных процессов, которые происходят в твердотельном лазере. Он выяснил, что частицы, составляющие активную среду резонатора, под воздействием внешнего светового поля начинают колебаться в одной фазе. В результате этого между ними устанавливается когерентное, или согласованное, взаимодействие, которое приводит в конечном итоге к их кооперативному, или коллективному, поведению.

В начале 1960-х гг. Е. Лоренц, изучая компьютерные модели предсказания погоды, пришел к важному открытию, что уравнения, описывающие метеопроцессы, при почти тех же самых начальных условиях приводят к совершенно разным результатам. А это свидетельствовало о том, что детерминистская система уравнений обнаруживает хаотическое поведение. Отсюда был сделан вывод, что хаос также характеризуется определенным порядком, который, однако, имеет более сложный характер. Его можно рассматривать как вид регулярной нерегулярности.

Мы видим отсюда, что  исследования процессов самоорганизации  в начале 1960-х гг. ограничивались отдельными естественнонаучными и инженерными дисциплинами. Постепенно ученые в своих исследованиях стали выходить за рамки своих дисциплин, начали замечать аналогию между понятиями и уравнениями, которые применялись для анализа разных по конкретному содержанию процессов. Таким образом, медленно, но неуклонно формировалось убеждение, что во всех этих исследованиях существует единое концептуальное ядро, которое служит общей их основой. В сущности именно это ядро и составляет парадигму исследования процессов самоорганизации.

Однако оно превратилось в такую парадигму только в  условиях определенного научного и  социального климата, возникшего в 1970-е годы, когда и в науке  и в социальной жизни шел поиск  новых форм организации исследовательской  и общественной деятельности. В науке  такие поиски сопровождались отказом  от традиционных методов редукционизма, когда сложные процессы пытались свести к простым и элементарным, а тем самым игнорировали их специфические особенности. В системе образования студенты требовали отказа от устаревших методов обучения, предоставления им большей свободы и самостоятельности.

Для научного познания этого  времени наиболее характерным был  переход от исследования отдельных  предметов и процессов к изучению их целостных систем, от рассмотрения их бытия и существования -- к анализу их возникновения и развития. Такой переход отчетливо выражен в новом системном методе исследования, который получил широкое распространение после Второй мировой войны в форме комплексных и междисциплинарных исследований. И кибернетика и позднее возникшая синергетика развиваются в русле общего системного движения науки, исследуя такие важнейшие аспекты систем, как их динамическая устойчивость, самоорганизация и организация и особенно механизм возникновения новых системных качеств.

В синергетике в противоположность  кибернетике исследуются механизмы  возникновения новых состояний, структур и форм в процессе самоорганизации, а не сохранения или поддержания  старых форм. Именно поэтому она  опирается на принцип положительной  обратной связи, когда изменения, возникшие  в системе, не подавляются или  корректируются, а, наоборот, постепенно накапливаются и, в конце концов, приводят к разрушению старой и возникновению  новой системы.

Для характеристики самоорганизующихся процессов в литературе употребляются  разные термины, начиная синергетическими и кончая нелинейными неравновесными системами или даже системами  автопоэтическими или самообновляющимися. Но в целом все они выражают одну и ту же идею, так как речь в них идет о сложноорганизованных системах, являющихся системами открытыми, находящимися вдали от точки термодинамического равновесия.

Хотя для всех них пока не существует единой фундаментальной  теории, в общую парадигму их объединяет принадлежность к сложноорганизованным системам.

2. Самоорганизация как  основа эволюции

Несмотря на то, что идеи эволюции, начиная от космогонической гипотезы Канта - Лапласа и кончая эволюционной теорией Дарвина, получили широкое признание в науке, тем не менее, они формулировались скорее в интуитивных, чем теоретических терминах. Поэтому в них трудно было выявить тот общий механизм, посредством которого осуществляется эволюция. Как отмечалось выше, главным препятствием здесь служило резкое противопоставление живых систем неживым, общественных -- природным. В основе такого противопоставления лежали слишком абстрактные, а потому неадекватные понятия и принципы классической термодинамики об изолированных и равновесных системах. Именно поэтому эволюция физических систем связывалась с их дезорганизацией, что противоречило общепринятым в биологических и социальных науках представлениям об эволюции.

Чтобы разрешить возникшее  глубокое противоречие между классической термодинамической эволюцией, с  одной стороны, и эволюцией биологической  и социальной, с другой, -- физики вынуждены были отказаться от упрощенных понятии и схем и вместо них  ввести понятия об открытых системах и необратимых процессах. Благодаря этому оказалось возможным развить новую нелинейную и неравновесную термодинамику необратимых процессов, которая стала основой современной концепции самоорганизации.

 

 

 

 

 

 

 

3. Самоорганизация  в диссипативных структурах

Многочисленные примеры  самоорганизации в гидродинамических, тепловых и других физических системах, не говоря уже о системах живой  природы, ученые замечали давно. Но в  силу доминировавших в науке своего времени взглядов они попросту не замечали их либо старались объяснить  с помощью существовавших тогда  понятий и принципов.

Поскольку в науке XVII -- первой половины XIX вв. доминировала механистическая  парадигма, постольку в ней все  процессы пытались объяснить путем  сведения их к законам механического  движения материальных частиц. Предполагалось, что эти частицы могут двигаться, не взаимодействуя друг с другом, а  самое главное -- их положение и скорость движения будут точно и однозначно определенными в любой момент в прошлом, настоящем и будущем, если заданы их начальное положение и скорость. Следовательно, в таком механическом описании время не играет никакой роли и поэтому его знак можно менять на обратный. Вследствие этого подобные процессы стали называть обратимыми. В некоторых случаях, когда речь идет о немногих и относительно изолированных друг от друга телах и системах, такой абстрактный подход может оказаться целесообразным и полезным. Однако в большинстве реальных случаев приходится учитывать изменение систем во времени, т. е. иметь дело с необратимыми процессами.

Как уже отмечалось выше, впервые такие процессы стали  изучаться в термодинамике, которая  начала исследовать принципиально  отличные от механических тепловые явления. Тепло передается от нагретого тела к пространстве, все эти простейшие явления нельзя описывать без учета фактора времени. На такой феноменологической основе были сформулированы исходные начала или законы классической термодинамики, среди которых важнейшую роль играет закон энтропии. Понятие энтропии характеризует ту часть полной энергии системы, которая не может быть использована для производства работы. Поэтому в отличие от свободной энергии она представляет собой деградированную, отработанную энергию. Если обозначить свободную энергию через F, энтропию -- S, то полная энергия системы Е будет равна:

E=F+ST,

где Т -- абсолютная температура по Кельвину.

Согласно второму закону термодинамики, энтропия в замкнутой  системе постоянно возрастает и в конечном счете стремится к своему максимальному значению. Следовательно, по степени возрастания энтропии можно судить об эволюции замкнутой системы, а тем самым и о времени ее изменения. Так впервые в физическую науку были введены понятия времени и эволюции, связанные с изменением систем. Но понятие эволюции в классической термодинамике, как мы уже отмечали выше, рассматривается совсем иначе, чем в общепринятом смысле. Это стало вполне очевидным после того, когда немецкий ученый Л. Больцман (1844-1906) стал интерпретировать энтропию как меру беспорядка в системе. Таким образом, второй закон можно было теперь сформулировать так: замкнутая система, предоставленная самой себе, стремится к достижению наиболее вероятного состояния, заключающегося в ее максимальной дезорганизации.