|
Поскольку движения элементов на этом уровне обычно не составляют интереса для
исследователя, их принято называть “флуктуациями”. В нашей обыденной жизни мы
также концентрируемся на значительных, информативных событиях, не обращая
внимания на малые, незаметные и незначительные процессы.
Малый уровень индивидуальных проявлений отдельных элементов позволяет
говорить о существовании в системе некоторых механизмов коллективного
взаимодействия – обратных связей. Когда коллективное, системное
взаимодействие элементов приводит к тому, что те или иные движения
составляющих подавляются, следует говорить о наличии отрицательных обратных
связей. Собственно говоря, именно отрицательные обратные связи и создают
системы, как устойчивые, консервативные, стабильные объединения элементов.
Именно отрицательные обратные связи, таким образом, создают и окружающий нас
мир, как устойчивую систему устойчивых систем.
Стабильность и устойчивость, однако, не являются неизменными. При
определенных внешних условиях характер коллективного взаимодействия элементов
изменяется радикально. Доминирующую роль начинают играть положительные
обратные связи, которые не подавляют, а наоборот – усиливают индивидуальные
движения составляющих. Флуктуации, малые движения, незначительные прежде
процессы выходят на макроуровень. Это означает, кроме прочего, возникновение
новой структуры, нового порядка, новой организации в исходной системе.
Момент, когда исходная система теряет структурную устойчивость и качественно
перерождается, определяется системными законами, оперирующими такими
системными величинами, как энергия, энтропия.
"Мне кажется, что особую роль в мировом эволюционном процессе играет принцип
минимума диссипации энергии. Сформулирую его следующим образом: если
допустимо не единственное состояние системы (процесса), а целая совокупность
состояний, согласных с законами сохранения и связями, наложенными на систему
(процесс), то реализуется то ее состояние, которому отвечает минимальное
рассеяние энергии, или, что то же самое, минимальный рост энтропии."
Н.Н.Моисеев, академик РАН.
Справедливости ради необходимо отметить, что принцип минимума диссипации
(рассеяния) энергии, приведенный выше в изложении академика Моисеева, не
признается в качестве универсального естественнонаучного закона. Илья
Пригожин, в частности, указал на тип систем, не подчиняющихся этому принципу.
Оставим, однако, ведущим ученым фундаментальные вопросы. С другой стороны,
употребление термина “принцип”, а не “закон”, оставляет возможность уточнения
формулировок.
Моменты качественного изменения исходной системы называются бифуркациями
состояния и описываются соответствующими разделами математики – теория
катастроф, нелинейные дифференциальные уравнения и т.д. Круг систем,
подверженных такого рода явлениям, оказался настолько широк, что позволил
говорить о катастрофах и бифуркациях, как об универсальных свойствах материи.
Таким образом, движение материи вообще можно рассматривать, как чередование
этапов адаптационного развития и этапов катастрофного поведения.
Адаптационное развитие подразумевает изменение параметров системы при
сохранении неизменного порядка ее организации. При изменении внешних условий
параметрическая адаптация позволяет системе приспособиться к новым
ограничениям, накладываемым средой.
Катастрофные этапы – это изменение самой структуры исходной системы, ее
перерождение, возникновение нового качества. При этом оказывается, что новая
структура позволяет системе перейти на новую термодинамическую траекторию
развития, которая отличается меньшей скоростью производства энтропии, или
меньшими темпами диссипации энергии.
Возникновение нового качества, как уже отмечалось, происходит на основании
усиления малых случайных движений элементов – флуктуаций. Это в частности
объясняет тот факт, что в момент бифуркации состояния системы возможно не
одно, а множество вариантов структурного преобразования и дальнейшего
развития объекта. Таким образом, сама природа ограничивает наши возможности
точного прогнозирования развития, оставляя, тем не менее, возможности важных
качественных заключений.
Таким образом, синергетика находится целиком в русле традиционной диалектики,
ее законов развития – перехода количественных изменений в качественные,
отрицания и т.п.
Одна из теорем Шеннона свидетельствует об уменьшении информационной энтропии
множества АВ, образованного в результате взаимодействий двух исходных
упорядоченных множеств Либ.
| H (A,B) ≤ H(A) + H(B) | (3.1) |
В этом соотношении знак равенства относится к случаю отсутствия взаимодействий
между множествами А и В .
В случае взаимодействий происходит уменьшение энтропии на величину:
D H = Н(А) + Н(В) - Н(А,В) (3.2)
Согласно негэнтропийному принципу информации (3.4) получаем :
D IS =Н(А) +Н(В) - Н(А,В) (3.3)
Распространяя рассмотренные Шенноном взаимодействия абстрактных
математических множеств на случаи взаимодействий реальных физических систем,
можно сделать следующие выводы :
1. Соотношения ( 3.1 ), (3.2) и (3.3 ) можно распространить на случаи
взаимодействий упорядоченных физических систем, в частности на взаимодействия
физических сред с различными видами полей.
При этом необходимо осуществлять переход от информационной энтропии Н к
термодинамическай энтропии S , используя соотношение (1.4)
Приложений 1.
2. Знак равенства в соотношении (3.1) соответствует случаю отсутствия
взаимодействия между рассматриваемыми физическими системами (например,
случай воздействия магнитного поля на не обладающую магнитными свойствами
среду).
3. Во всех остальных случаях в соответствии с соотношением (3.3) происходит
накопление структурной информации D IS, характеризующей увеличение
упорядоченности структуры вновь образующейся системы (формирование и ориентация
магнитных доменов под воздействием магнитного поля, структуализация под
воздействием электрического поля поляризуемых сред и т.п.).
С помощью вероятностной функции энтропии можно описать формальным
математическим языком процесс адапации системы к внешним воздействиям,
понимая процесс адаптации как обучение оптимальному поведению в заданных
условиях внешней среды.
Рассмотрим систему, обладающую возможностью выбора одного из N возможных
ответов (реакций) на внешние воздействия. До прохождения обучения система
способна отвечать на любые воздействия лишь выбранной наугад реакцией i
, причем i может принимать любые значения от i = 1 до
i = N, т.е.:
i=1,2,3,.. . N , (3.4)
При этом условии вероятности всех ответов равны друг другу, т.е.:
Р1= Р2 = . =PН=1/N (3.5)
Как было показано ранее, при этом условии реальная энтропия Нr
равна максимальной энтропии Hmax, т.е.:
Hr = - | i = N | pi log pi = log N = Hmax | (3.6) | | S | i = 1 |
В результате обучения возникают различия вероятностей разных реакций.
В соответствии с рассмотренными ранее свойствами функции
реальная энтропия Hr уменьшается на величину
В культуре, в конкретных научных дисциплинах трехчастные динамические законы
всегда можно интерпретировать в терминах креативной триады, например:
II закон Ньютона - Сила (Теос) будучи приложенной к Телу (масса тела -
инертное начало, Хаос) порождает проявленное пространственно-временное
изменение состояния движения тела - Ускорение (результат действия, Космос) .
F / M = A
А вот как звучал основной закон динамики в античной физике Аристотеля: Сила
(Теос) будучи приложенной к Телу (сопротивление Среды движущемуся телу -
инертное начало, Хаос) порождает проявленное пространственно-временное
изменение состояния движения тела - Скорость (результат действия, Космос). F
/ g = V
Мы видим, что законы просто идентичны структурно, но не содержательно. В
обоих случаях сила выступает причиной изменения абсолютного состояния
движения тел, но у Аристотеля это состояние - покой, а у Ньютона-- движение
по инерции. Как мы сказали бы сегодня: Аристотель писал свой закон для
незамкнутой диссипативной системы (не все силы отнесены к порождающей причине
F, за кадром остались силы сопротивления среды), поэтому и абсолютное
состояние движения у него - покой ( в среде это так), и его закон, конечно
приближенный, асимптотический, он есть первое воплощение синергетической идеи
аттракторов - целей развития системы; вспомним мощный телеологический мотив
всей философии Аристотеля.
Еще один пример из области квантовой физики. Фундаментальным постулатом
квантовой теории является постулат наблюдаемости или измерения любой
физической величины, это целый ритуал с очень жесткими правилами перевода не
имеющих наглядной интерпретации свойств микромира на привычный язык
макроявлений, при этом переводе многие экзотические черты микромира
безвозвратно утрачиваются, да и сам изучаемый микрообъект настолько возмущен
грубостью средств наблюдения, что может просто перестать существовать, дело в
том, что средства наблюдения обязательно макроскопические, а объект то
микроскопический. Представьте себе отбойный молоток вместо бор-машины в руках
дантиста!
Итак, воздействие акта наблюдения на систему принципиально неустранимо,
причем уточнить результат наблюдения можно до определенных границ задаваемых
знаменитым принципом неопределенности Гейзенберга, и сам результат носит
вероятностную интерпретацию, т. е. в другой раз получился бы другой результат
и каждому исходу измерения приписывают свою вероятность, которая зависит от
свойств микрообъекта или, как принято говорить, от Состояния микросистемы (ее
волновой функции), имплицитно содержащего все потенциальные результаты
наблюдения над ней. Ну и наконец сам прибор измеряет не что угодно, а
свойства некоторой физической величины, как говорят - наблюдаемой , причем
каждой наблюдаемой отвечает свой тип наблюдения, свой прибор. И все же, какое
это имеет отношение к процессам становления? - самое прямое .
Дело в том, что, как правило, система не имеет определенного значения
наблюдаемой физической величины до процесса ее измерения (наблюдения), в
момент акта измерения система выбирает (проектируется на) одну из своих
компонент-возможностей, отвечающих точному значению измеряемой величины,
имеющему вполне макроскопическое числовое значение ( например показания
стрелки прибора), этот процесс называется процессом редукции волновой
функции, и по сей день не подлежит детализации, вызывая у многих физиков
полумистическое чувство недоумения. Пожалуй это повсеместное явление и есть
самый яркий пример становления, в котором и состояния и наблюдаемые
(операторы) "живут" в абстрактном бесконечномерном гильбертовом пространстве
и никак не проявлены, манифестируя свои свойства в макромире в процессах
измерения через свои средние числовые характеристики.
(p, A) = наблюдаемая (Теос) + состояние (Хаос) = среднее (Космос) оператор
волновая функция числовое значение
В живой природе эволюционная дарвиновская триада "наследственность" +
"изменчивость" = "отбор" легко переинтерпретируется на таком языке, на чем мы
не будем сейчас останавливаться. Но сформулируем ее обобщение для
произвольных эволюционирующих систем: "принцип сборки дерева катастроф" +
"банк катастроф и сценариев их прохождения" = " отбор траектории эволюции на
дереве возможностей".
Таким образом, синергетика с её статусом метанауки изначально была призвана
сыграть роль коммуникатора, позволяющего оценить степень общности
результатов, моделей и методов отдельных наук, их полезность для других наук
и перевести диалект конкретной науки на высокую латынь междисциплинарного
общения.
Положение междисциплинарного направления обусловило еще одну важную
особенность синергетики - ее открытость, готовность к диалогу на правах
непосредственного участника или непритязательного посредника, видящего свою
задачу во всемирном обеспечении взаимопонимания между участниками диалога.
Диалогичность синергетики находит свое отражение и в характере вопрошания
природы: процесс исследования закономерностей окружающего мира в синергетике
превратился (или находится в стадии превращения) из добывания безликой
объективной информации в живой диалог исследователя с природой, при котором
роль наблюдателя становится ощутимой, осязаемой и зримой.
Общие закономерности поведения систем, порождающих сложные режимы, позволяют
рассматривать на содержательном, а иногда и на количественном уровне, такие
вопросы, как уровень сложности восприятия окружающего мира как функции
словарного запаса воспринимающего субъекта, роль хаотических режимов, их
иерархий и особенностей в формировании смысла, грамматические категории как
носители семантического содержания, проблемы ностратического языкознания
(реконструкция праязыка) как восстановление “фазового портрета” семейства
языков и выделения аттракторов, и многое другое.
1. Синергетика может быть использована как основа междисциплинарного синтеза
знания, как основа для диалога естественников и гуманитариев, для кросс-
дисциплинарной коммуникации, диалога и синтеза науки и искусства, диалога
науки и религии, Запада и Востока (западного и восточного миропонимания).
2. Синергетика может обеспечить новую методологию понимания путей эволюции
систем, причин эволюционных кризисов, угроз катастроф, надежности прогнозов и
принципиальных пределов предсказуемости в экологии, экономике, социологии,
геополитике. Синергетика дает нам знание о конструктивных принципах
коэволюции сложных систем, находящихся на разных стадиях развития. Поэтому
синергетика может стать основой для принятия обоснованных решений и
предсказаний в условиях неопределенности, стохастических потрясений,
периодической реорганизации геополитических структур.
Синергетика открывает принципы нелинейного синтеза: 1) наличие различных, но
не каких угодно, способов объединения структур в одну сложную структуру, 2)
значение правильной топологии, "конфигурации" объединения простого в сложное,
3)объединение структур как разных темпомиров, 4) возможность - при правильной
топологии объединения - значительной экономии материальных и духовных затрат
и ускорения эволюции целого.
3. Будучи междисциплинарной по своему характеру, синергетика позволяет
выработать некоторые новые подходы к обучению и образованию, к эффективному
информационному обеспечению различных слоев общества. Речь идет об
образовании через обучающие компьютерные программы и дискеты, несущие новое
видение мира и новые способы мышления, знание как know how, реализующие
синтез результатов естественных и гуманитарных наук. Естественнонаучное
образование гуманитаризируется, а гуманитарное становится невозможным без
новых естественнонаучных, нелинейных математических методов исследования.
Новые информационные технологии становятся необходимыми в образовании.
4. Методология нелинейного синтеза, фундированная на научных принципах
эволюции и коэволюции сложных структур мира, может лечь в основу
проектирования различных путей человечества в будущее. Благодаря синергетике
человечество обретает философию надежды.
1. Интернет. Тулио Редже. Этюды о вселенной. Пеpевод с итальянского к.ф.-м.н.
Дж.Б.Понтекоpво, М.,Миp,1985. http://dr-gng.dp.ua/library/gedel.htm
2. Интернет. Найдыш В.М. Концепции Современного Естествознания.
http://www.philsci.univ.kiev.ua/biblio/naydish-7.html
3. Интернет. Учебное пособие Концепции современного естествознания. Аруцев
А.А., Ермолаев Б.В., Кутателадзе И.О., Слуцкий М.С.
http://nrc.edu.ru/est/pos/index.html
4. Кедров Б.М. "Научная концепция детерминизма" // "Современный детерминизм,
законы природы". М., 1973. С. 8
5. Канке В.А. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. –
М.:Логос, 2001.
6. Горбачев В.В. Концепции современного естествознания. В 2 ч.: Учебное пособие
М.: Издательство МГУП, 2000. 274 с. 400 экз.
Книга в Интернете. http://www.hi-edu.ru/x-books-
free/xbook131/01/index.html?part-001.htm
7. Седов Е., Кузнецов Д. В начале было Слово. – СПб., 1994
8. Хакен Г. Синергетика /пер. с англ. М.,1985
9. Шеннон К. Е. Бандвагон. /Работы по теории информации и кибернетике/, М.,
1963
10. Николаев Г., Самоорганизация в неравновесных системах. М., 1979
11. Шеннон К.Е. Математическая теория связи. Работы по теории инфор -мации и
кибернетике., М, 1963
Страницы: 1, 2, 3, 4
| 
