Реферати українською » Наука и техника » Преджизнь. Відкритість. Нелинейность. Аттракторы


Реферат Преджизнь. Відкритість. Нелинейность. Аттракторы

органічна природа пов'язані у тому ж початком” [6], — писав Пауль, вбачаючи таке початок в феномени “організації” і спонтанного творчого акта. Що й казати нового вносить тоді синергетика? Її нововведення і його крок уперед стосовно попереднім уявленням про єдині засадах живої і неживого полягають у міждисциплінарному науковому та узагальнено- теоретичному вивченні тих закономірностей, що є універсальну основу процесів самоорганізації і еволюції складного, й у постійному підкріпленні своїх теоретичних уявлень численними досвідченими даними базових наукових дисциплін.

У античні часи наука, мистецтво філософія перебувають у нерозривній єдності та гармонії, а самої науці дисциплінарні розподілу були ледь намічені. Однак у в Новий час наука розпалася на автаркические володіння, кожна з яких вирізувало тіло природи власний фрагмент, скрупульозно розбирало його за клітинках і намагалося зрозуміти принцип своєї діяльності виходячи тільки з нього. Не дивно, що у наступну епоху, особливо з другої половини сучасності, посилилося зустрічну прагнення: зрозуміти світ у його цілісності, побачити у навмисне розсічених сферах щось істотно загальне та як до природного підсумку дійти об'єднанню наук, створенню єдиної науки про єдиної природі. Об'єднання наук у своїй, звісно, розумілося не як непродуктивне механічне злиття, бо як вичленення у яких деякого загального змістовного ядра і стикування наук як лише умовно поділених ділянок єдиного дослідницького поля.

Синергетика у найбільш послідовної формі відповідає цей виклик часу. Вона говорить про можливих засобах об'єднання природничих і низки гуманітарних наук — зі збереженням, зрозуміло, їхнього власного ідентичності, й предметної специфіки, і навіть про перспективи кросс-дисциплинарной комунікації, творчого діалогу фахівців у різних галузях. Об'єднання можливо навколо вивчення основного феномена — феномена самоорганізації. Мабуть, об'єднання наук можна здійснити ні в усією їхньою цілісності, а лише певному аспекті — вивченні складних утворень (систем) різних рівнях реальності, механізмів їх еволюції і самоорганізації.

Опозиція “живе — неживе” мислиться у своїй як головний, але з єдиний камінь спотикання із тих, що де лежить по дорозі об'єднання. Так само важливою представляється завдання поєднати у єдиному дослідницькому фокусі мікро- і макромиры, світ індивідуальної з психології та поведінки й світ масових громадських процесів, нарешті, світ науки про те, що можна назвати життєвим світом людини, світом людської екзистенції. Синергетика покликана як повернути науці цілісного людини, а й науку повернути людині, поставити його обличчям для її реальним проблем і турботам. До сутності синергетики належить універсальному характері які буде розкрито нею закономірностей, отже, в разі потреби міждисциплінарний характер які у межах її досліджень. На місце вона ставить спільність процесів еволюції і самоорганізації, що мають місце в фізичних, хімічних, біологічних, соціальних та інших системах. А вказання на специфіку, несхожість цих систем розглядається швидше, у ролі уточнюючої, коригуючою поправки, виноситься за дужки. У цьому завдання синергетики — непросто вловити зовнішні аналогії, а встановити внутрішні изоморфизмы поведінки таких систем. Синергетика так само передбачає як сходження від конкретних експериментальних даних до теоретичним і міждисциплінарним узагальнень, і зворотний процес — прикладне використання теоретичних уявлень, і розроблених моделей у різних дисциплінах і сферу практичної діяльності.

Відповідно, у синергетики можна назвати два напрями — синергетику теоретичну і прикладну, така членування дуже умовне. Вчені, що працюють за певними конкретними завданнями у сфері, часто пропонують синергетическому співтовариству свіжі ідеї, й гіпотези загального порядку, народжені ході вирішення цих завдань.

А запропоновані ідеї, й гіпотези часто дають несподіваний імпульс для досліджень, у зовсім інший дисциплінарної області, у результаті у співтоваристві відбувається постійний конструктивний обмін ідеями.

Сила і ефективність синергетики — у постійній взаємної підживлення дисциплін, у цьому, що, висловлюючись комп'ютерним мовою, фахівець у області знань має можливість перебувати у режимі прямого зв'язку з базами даних інших спеціальних наук.

У цьому полягає суттєву енергетичну перевагу синергетики перед двома її попередниками, із якими її часто порівнюють, — кібернетикою, дітищем 1950-х років, й дуже званим системним підходом (створенням загальної теорії систем) , які мають розвиток в 60-ті роки. І кібернетика, і системний підхід функціонували так: вони витягували, абстрагували щось спільне із різних конкретних дисциплін і далі працювали переважно з цим абстрагованою есенцією. Задающими категориальными схемами був у кібернетиці “вхід — вихід” і “сигнал — відгук” , а системний підхід “елемент — система” , “зворотний — гомеостазис” . Вчені отримували тюбик такий есенції і додавали їх у казан своєї дисципліни, вважаючи, що цим застосовують кібернетичні ідеї, або реалізують системний підхід. Немає прямий стикування, безпосереднього взаємодії дисциплін, дали матеріал щоб одержати абстрагованою витяжки — те, що є саме життєдайним для синергетичного співтовариства.

Тут фізик охоче читає книжку нейрофізіолога про дивних аттракторах у мозку, метеоролог знаходить багато цікавого на роботах по гідродинаміці і навіть галактичної астрономії (що цілком логічно, бо тоді й там йдеться про вихрових формообразованиях і тонкої структурі хаосу в турбулентных течіях) , психіатр черпає цінні підказки із лікування своїх пацієнтів, вивчаючи сценарії еволюції детермінованого хаосу, й вони чудово спілкуються на універсальному мові “аттракторов” , “флуктуацій” і “біфуркацій” .

Однією з сполучних точок у створенні міжнародного синергетичного співтовариства став Інститут теоретичної фізики та синергетики при Університеті Штутгарта, заснований довгі роки беззмінно очолюваний Германом Хакеном. У 1997 року Хакен зазначив свій сімдесятирічний ювілей і залишив посаду директора, очоливши Центр синергетики у тому інституті. Об'єднання учених навколо інституту сприяло налагодженню регулярних особистих контактів, і значному поширенню ідей синергетики у світі.

Наочним втіленням авторитету і високої продуктивності синергетики стала серія індивідуальних і колективних монографій під загальним назвою “Синергетика” , що виходить провідним німецьким науковим видавництвом “Springer” у тісній співпраці із Хакена. Із середини 1970-х років вийшло вже з більш 70 томів. Перерахування наукових областей, представники яких друкувалися у серії, вдалося б, напевно, межі двох десятків.

Разом водночас і тридцять років “синергетики” не почали називати себе “синергетиками” . Фізик скромно скаже: “Я використовую синергетичні моделі” , як скаже і захоплений синергетикою хімік, біолог чи географ-урбанист.

Важко знайти підходяще місце для синергетики у науковій табелі про ранги. Що це: теорія? парадигма? дисципліна? наука? Всі ці слова здаються невідь що підходящими. Правильно було б назвати синергетику науковим напрямом, та ще точніше — науковим рухом, за аналогією з рухом політичним. Тут немає суворого членства, ні чіткої організаційної ієрархії, ні інституціонального віднесення до однієї з наукових рубрик, створених для зручності університетського викладання й підвищення на дисертаційну східцях. Є діяльне устремління ученых-единомышленников, яке у тому, щоб пізнати — кожному від даного то силу його науковій спеціалізації кута зору — одне із дивних феноменів буття: феномен самоорганізації.

Відкритість. Нелинейность. Аттракторы

Отже, маємо систему, відкриту для протока енергії чи іншого досить інтенсивного впливу ззовні. Система тлумачать як складна, тобто яка містить дуже великий, ми інколи з працею исчислимое безліч елементів — атомів в кристалі лазера, молекул в хімічному розчині, людей суспільстві, нейронів у мозку, що у складному взаємодії друг з одним, — і тому процеси у системі будуються як масові кооперативні процеси.

Разом про те складність чи простота системи — поняття відносні. Прибегать до них як до визначальним показниками здається нам невідь що продуктивним. Синергетика здатна розглядати будь-яку систему це й на макрорівні — як, описувану не так важко деякими параметрами порядку, і мікрорівні — як складне взаємодія безлічі елементів. Наприклад, полум'я, будучи видимим вираженням структури горіння, може зображуватися як і самостійне освіту, як власне полум'я, з його формою, кольором, температурою, іншими об'єктивними показниками, як і поєднання, взаємодія безлічі не згорілих частинок, що й утворюють видимий язичок. Нарешті, полум'я то, можливо розібране і менші складові представлене як турбулентного потоку розігрітих, быстродвижущихся молекул.

На різних рівнях можна описати так і будь-яке психологічне явище, скажімо, пережите людиною глибоке потрясіння. В одному рівні, описуваному власне психологічної наукою, він буде скидатися на перегрупування, переконстелляция елементів духовного світу людини — невеликого безлічі описуваних в психологічних і моральних термінах показників (“Я наново відкрилися очі” , “Я став інакшим людиною” ) . Але хоча б особистісний зрушення то, можливо представлений рівні перебудови нейронних мереж, які забезпечують протягом психологічних процесів. Аж раптом знову, як у разі з полум'ям, маємо справа вже з неозорим безліччю.

Це ж то, можливо галузі сказано і про співвідношенні понять “хаос” і “порядок” , що у синергетики іноді неправомірно надається сутнісний, самодостатній сенс. Ні абсолютного хаосу й абсолютної порядку. Корректнее було би казати, що зростає міра упорядкованості (чи хаотичності) по якомусь показнику з допомогою чи протилежність зниження заходи упорядкованості (чи хаотичності) за іншим показнику.

Сам хаос має тонку, іноді невидиму для зовнішнього спостерігача структуру, наприклад, в турбулентном перебігу. А порядок — це організований хаос.

Відкритість — необхідне, але з достатня умова для самоорганізації системи. Система мусить бути що й нелінійної.

З математичної погляду нелінійний означає особливий тип математичних рівнянь, що описують не плавний, а істотно нерівномірний зростання функції і має кілька якісно різних рішень. Звідси ясний та фізичний сенс нелінійності: певному набору рішень нелінійного рівняння відповідає безліч шляхів еволюції системи, описуваної цим рівнянням, а перехід у ту чи іншу щодо стійке стан системи чи русло еволюції відбувається стрибкоподібно, відповідно особливим точкам графічної кривою.

З цією, хто любить образні роз'яснення, можна запропонувати таке: ви берете свисток чи дудку і починаєте туди дмухати, спочатку слабко, потім усе сильніше й сильніше (відкритість системи та проток енергії) . Якогось моменту при посиленні потоку повітря неясне шипіння раптом стрибком (нелінійний) перетворюється на свист — який, по суті, є резонансну звукову хвилю єдиного тону, тобто впорядковану хвилясту структуру. Але коли ви переусердствуете і станете дмухати з всієї наявною в вас сечі, то що тішить душу чистий звук піде на переривчастий хрипнув зі слюнями не вдома (незнання синергетики) . Повернімося до порівнянню синергетики з кібернетикою. Кібернетика й різні варіанти теорії систем досліджували переважно процеси гомеостазу, підтримки рівноваги в технічних, біологічних і соціальних системах. Кібернетика намагалася звести складні нелинейные еволюційні процеси до лінійним, по крайнього заходу, на певних стадіях, де може бути. Вона розглядала ті випадки, коли нелінійна система могла досліджуватися, коли б це був лінійна система з повільно изменяющимися параметрами. Кібернетика розробляла алгоритми й ефективні методи зовнішнього контролю за системами. Синергетика ж вивчає процеси самоорганізації систем, їх свого роду самоконтролирование, основу навіщо створюють нелинейные властивості систем.

Отже, якщо нелінійна система відкрита і його внутрішні флуктуації чи зовнішні впливи перевищать якесь граничне значення, вона може стрибком перейти до нового макроскопическое стан. Але що це за стан? І які стану взагалі можливі?

Ми підходимо тут до жодного з центральних тез синергетики. Це — дискретність можливих станів, у яких може переходити система у процесі еволюції, і навіть заданість, обмеженість їхньої кількості. Інакше висловлюючись, спектр можливих структур-аттракторов еволюції, тобто структур, куди виходять еволюційні процеси у цій системі, перестав бути суцільним. У процесі еволюції система може перейти чи те або до цього стан, але в щось середнє з-поміж них. Лише певний набір еволюційних шляхів дозволено, бо тільки це набір відповідає внутрішнім властивостями аналізованої системи. У принципі так, по крайнього заходу, в завданнях математичної фізики, пов'язані, наприклад, з виявленням щодо стійких структур самоорганізації плазми, цей набір математично обчислюємо.

Проиллюстрировать уявлення про дискретності й обмеженості набору потенційних станів можна багатьма прикладами. У фізичним і хімічної областях ми стикаємося з основними феноменами — дискретністю енергетичних рівнів в атомі, відповідних заданим орбітам електронів, та якісної визначеністю хімічних елементів, що становлять набір можливих, у природі типів атомів.

Дискретность виявляється у рухах живих істот. Давним-давно людина зауважив, що коням властиві певні аллюры: крок, рись, інохідь, галоп. У кожному алюрі рух членів коня узгоджено суворо належним чином, причому перехід від однієї типу руху до іншого відбувається стрибком. Незліченні кінські покоління Землі відтворюють і той ж набір аллюров. Можна спостерігати характерні становища хобота слона, хвоста кішки і собаки, відповідні цілком певною емоційною станам чи реакцій тварин. Не змінюються від особини до особини не мають проміжних, полувыраженных щаблів.

Звернімося тепер до поняття аттрактора. Під аттрактором розуміється стан системи, до якого вона еволюціонує. Наявність спектра потенційно можливих стійких структур-аттракторов системи є просто інше, переформульоване відображення ідеї дискретності. Набір аттракторов можна образно уявити, як набір лунок на полі настільною гри, однієї із яких обов'язково скотиться пущений пружиною металевий кулька.

На графіці аттрактор виглядає як сходження траєкторій лише до точці чи замкнутої зашморгу, не більше якої

Схожі реферати:

Навігація