Синергетика

Московский государственный  университет культуры и искусств

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по экологии

«Синергетика»

 

 

Выполнил:

Студент 436 гр.

Семёнова Светлана

Проверил: Сенницкая Л.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва – 2012.

Оглавление

1. Введение……………………………………………………………..3
2. Синергетика: определение, сущность……………………………..3
3. Процесс самоорганизации с точки зрения синергетики………….4
4. Основные принципы синергетики…………………………………5
5. Заключение…………………………………………………………..8
6. Список литературы………………………………………………….8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

1. Синергетика: определение, сущность

Синергетика– 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 их упорядоченности, то есть уменьшается энтропия (так называемая самоорганизация).

Основное понятие синергетики — определение структуры как состояния, возникающего в результате многовариантного и неоднозначного поведения таких многоэлементных структур или многофакторных сред, которые развиваются вследствие открытости, притока энергии извне, нелинейности внутренних процессов, появления особых режимов с обострением и наличия более одного устойчивого состояния.

Этот феномен трактуется синергетикой как всеобщий механизм повсеместно наблюдаемого в природе направления эволюции: от элементарного и примитивного — к сложносоставному и более совершенному.

• Природа иерархически структурирована в несколько видов открытых нелинейных систем разных уровней организации: в динамически стабильные, в адаптивные, и наиболее сложные — эволюционирующие системы.
• Связь между ними осуществляется через хаотическое, неравновесное состояние систем соседствующих уровней
• Неравновесность является необходимым условием появления новой организации, нового порядка, новых систем, т.е. — развития
• Когда нелинейные динамические системы объединяются, новое образование не равно сумме частей, а образует систему другой организации или систему иного уровня
• Общее для всех эволюционирующих систем: неравновесность, спонтанное образование новых микроскопических (локальных) образований, изменения на макроскопическом (системном) уровне, возникновение новых свойств системы, этапы самоорганизации и фиксации новых качеств системы
• Развивающиеся системы всегда открыты и обмениваются энергией и веществом с внешней средой, за счёт чего и происходят процессы локальной упорядоченности и самоорганизации
• В сильно неравновесных состояниях системы начинают воспринимать те факторы воздействия извне, которые они бы не восприняли в более равновесном состоянии
• В неравновесных условиях относительная независимость элементов системы уступает место корпоративному поведению элементов: вблизи равновесия элемент взаимодействует только с соседними, вдали от равновесия — «видит» всю систему целиком и согласованность поведения элементов возрастает

2. Процесс самоорганизации  с точки зрения синергетики

Система должна быть открытой. Закрытая система в соответствии с законами термодинамики должна в конечном итоге прекратить любые  эволюции.

Открытая система должна быть достаточно далека от точки термодинамического равновесия. В точке равновесия сложная  система не способна к какой-либо самоорганизации. В положении, близком  к равновесию и без достаточного притока энергии извне, любая  система со временем ещё более  приблизится к равновесию и перестанет изменять своё состояние.

Фундаментальным принципом  самоорганизации служит возникновение  нового порядка и усложнение систем через флуктуации (случайные отклонения) состояний их элементов и подсистем. Такие флуктуации обычно подавляются во всех динамически стабильных и адаптивных системах за счёт отрицательных обратных связей, обеспечивающих сохранение структуры и близкого к равновесию состояния системы. Но в более сложных открытых системах, благодаря притоку энергии извне и усилению неравновесности, отклонения со временем возрастают, накапливаются, вызывают эффект коллективного поведения элементов и подсистем и, в конце концов, приводят к «расшатыванию» прежнего порядка и через относительно кратковременное хаотическое состояние системы приводят либо к разрушению прежней структуры, либо к возникновению нового порядка.

Самоорганизация, имеющая  своим исходом образование через  этап хаоса нового порядка или  новых структур, может произойти  лишь в системах достаточного уровня сложности, обладающих определённым количеством  взаимодействующих между собой  элементов, имеющих некоторые критические  параметры связи и относительно высокие значения вероятностей своих  флуктуаций. В противном случае эффекты  от синергетического взаимодействия будут  недостаточны для появления коллективного  поведения элементов системы  и тем самым возникновения  самоорганизации. Недостаточно сложные  системы не способны ни к спонтанной адаптации ни, тем более, к развитию и при получении извне чрезмерного количества энергии теряют свою структуру и необратимо разрушаются.

Этап самоорганизации  наступает только в случае преобладания положительных обратных связей, действующих в открытой системе, над отрицательными обратными связями. Функционирование динамически стабильных, неэволюционирующих, но адаптивных систем — а это и гомеостаз в живых организмах и автоматические устройства — основывается на получении обратных сигналов от рецепторов или датчиков относительно положения системы и последующей корректировки этого положения к исходному состоянию исполнительными механизмами. В самоорганизующейся, в эволюционирующей системе возникшие изменения не устраняются, а накапливаются и усиливаются вследствие общей положительной реактивности системы, что может привести к возникновению нового порядка и новых структур, образованных из элементов прежней, разрушенной системы. Таковы, к примеру, механизмы фазовых переходов вещества или образования новых социальных формаций.

Самоорганизация в сложных  системах, переходы от одних структур к другим, возникновение новых  уровней организации материи  сопровождаются нарушением симметрии.

3. Основные принципы синергетики

 

В простейшем варианте можно предложить 7 основных принципов  синергетики: два принципа Бытия, и  пять Становления.

Два структурных  принципа Бытия:

1) Гомеостатичность

Гомеостаз – это поддержание программы функционирования системы в некоторых рамках, позволяющих ей следовать к своей цели.

Согласно Н. Винеру всякая система телеологична, т.е. имеет цель существования. При этом от цели-эталона-идеала (реальной или воображаемой) система получает корректирующие сигналы позволяющие ей не сбиться с курса. Эта корректировка осуществляется за счет отрицательных обратных связей (доля сигнала с выхода системы подается на вход с обратным знаком), подавляющих любое отклонение в программе поведения, возникшее под действием внешних воздействий среды. Именно так большую часть времени ведут себя все живые системы, например: теплокровные поддерживают температуру тела постоянной в широком диапазоне внешних температур

2) Иерархичность.

Основным смыслом  структурной иерархии, является составная  природа вышестоящих уровней  по отношению к нижестоящим. То, что для низшего уровня есть структура-космос, для высшего есть бесструктурный элемент хаоса, строительный материал. Например, в природе это: элементарные частицы, атомы, молекулы, вещество.

Эти два принципа Бытия характеризуют фазу «порядка», стабильного функционирования системы, ее жесткую онтологию, прозрачность и простоту описания.

Пять принципов  Становления:

1. Нелинейность

Определяющим свойством  линейных систем является принцип суперпозиции: сумма решений есть решение, или  иначе – результат суммарного воздействия на систему есть сумма  результатов, так называемый линейный отклик системы, прямо пропорциональный воздействию.

Итак, нелинейность есть нарушение принципа суперпозиции в некотором явлении: результат  суммы воздействий на систему  не равен сумме результатов этих воздействий. Результаты действующих  причин нельзя складывать.

2. Неустойчивость

Невозможность пренебрежения  взаимодействием системы со своим  окружением. Именно открытость позволяет эволюционировать системам от простого к сложному, разворачивать программу роста организма из клетки-зародыша. Это означает, что иерархический уровень может развиваться, усложняться, только при обмене веществом, энергией, информацией с другими уровнями.

3) Незамкнутость

4) Динамическая иерархичность

В фазе становления  побеждает самая быстрая переменная, здесь параметр порядка в отличие  от фазы бытия самый динамичный. Мгновение между прошлым и  будущим в макромире –на микро-уровне является целой эпохой перемен-трансформаций. Именно здесь происходит эволюционный отбор альтернатив развития макро-уровня.

5) Наблюдаемость.

Принцип наблюдаемости  подчеркивает ограниченность и относительность  наших представлений о системе  в конечном эксперименте. В синергетике  это относительность интерпретаций  к масштабу наблюдений и изначально ожидаемому результату. То, что было хаосом с позиций макро-уровня, превращается в структуру при переходе к  масштабам микро-уровня. Т.е. сами понятия  порядка и хаоса, Бытия и Становления  относительны к масштабу.

Конструктивными примерами  хаоса является разнообразие форм жизни  биосферы, гарантирующее ее устойчивость; наличие легкой хаотичности ритмов сердца, являющееся признаком хорошей  адаптивности сердечно-сосудистой системы;

5 принципов Становлениия характеризуют фазу трансформации, обновления системы, прохождение ею последовательных этапов: путем гибели старого порядка, хаоса испытаний альтернатив и, наконец, рождения нового порядка.

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

                 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.

 

 

Список литературы:

 

1. Аруцев, А.А., Ермолаев, Б.В., Кутателадце, И.О., Слуцкий, М.С. Концепции современного естествознания: Учебник. – М.: Издательство МГОУ, 2004. – 499с.
2. Концепции современного естествознания/ Под ред. проф. С.И. Самыгина. – 4-е изд., перераб. и доп. – Ростов н/Д: Феникс, 2003. – 448с. – (Серия «Учебники и учебные пособия»)
3. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов/ Под ред. проф. В.Н. Лавриненко, проф. В.П. Ратникова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2005. – 317с.
4. Савченко, В.Н., Смагин, В.П. Начала современного естествознания: Концепции и принципы: Учебное пособие. – Ростов н/Д: Феникс, 2006. – 608с. – (Высшее образование)
5. Шипунова, О.Д. Концепции современного естествознания: Учебное пособие для студентов вузов. – М.: Гардарики, 2006. – 375с.