Концепція самоорганізації (синергетичний підхід). Синергетичний принцип підлеглості проти принципу редукції.

Синергетика появляється як науковий напрямок, що вивчає єдину сутність самих різних явищ, що розглядаються як процес переходу від невпорядкованості до порядку (Це випромінювання лазера, автохвильові процеси в хімічних реакціях, биття людського серця, розповсюдження інформації в науковому світі, поведінка плазми в певних температурних режимах).

Синергетика вивчає сутність різних явищ, що розглядаються як процес переходу від безладу до порядку. Тут системи є відкритими системами і активно обмінюються енергією і новиною з навколишнім середовищем. Синергетика, математично описуючи незворотні якісні зміни, які забезпечують перехід від простого до складного, є теоретичним описом систем, що розвиваються.

Можливості практичного застосування досягнень синергетики великі і ще не до кінця досліджені. Наприклад, у віданні синергетики знаходиться вся область когерентних процесів, використання яких дозволило створити голографію, лазерну техніку, волоконну оптику. Синергетичний підхід до людського організму як до цілісної системи вже зараз теоретично забезпечує перші кроки біорезозонансної діагностики та терапії. Екологічно –природні і соціально-природні комплекси, живі організми, міста, підприємства, екологічні структури є відкритими системами, нерівноважними, що описуються нелінійними рівняннями.

Новий підхід потребує перегляду звичних для класичної і, навіть, сучасної науки, методологічних установок, які склалися при вивченні рівноважних ізольованих систем.

Становлення самоорганізаційної цілісності задає спосіб поведінки її частин (при утворенні цунамі рельєф морського дна протягом багатьох кілометрів визначає форму хвилі, тобто рух усіх крапель води, що входять в усю гігантську хвилю – солітон, заставляє рухатись як одне ціле). Самоорганізація дисипативних структур в макроскопічному масштабі (утворення комірок Бенара в шарі масла на сковородці) служить як приклад, коли нерівноважність є впорядкованістю.

Синергетика, як нова загальнонаукова дослідницька програма теоретичного опису процесів самоорганізації в живій та неживій природі, потребує перегляду деяких застарілих методологічних установок в області фізики.

Так, при розгляді самоорганізації недостатньо редукціоністського розуміння категорій «система» і «структура», що використовуються в методології фізики при описі стійких рівноважних систем, властивості яких повністю визначені взаємодією елементів. синергетичні теорії самоорганізації засновані на принципі підлеглості (Г/Хакен),

Відкритість самоорганізаційної системи яскраво проявляється в критичних точках, тобто при тих значення параметра, коли виникають біфуркації (нові розв’язки рівнянь). Ситуації біфуркації пов’язані з нестійкими станами системи, коли подальший шлях її еволюції невизначений. Якщо система проходить ряд послідовних біфуркацій, Рух системи ускладнюється з ростом впорядкованості, хоча з першого погляду це ускладнення руху сприймається як хаос. З часом будь-яка точка в фазовому просторі наближається до однієї і тієї ж періодичної траєкторії. Це означає, що дисипативна структура здатна до саморозвитку. Стріла часу? Цілісність найвищого рівня в філософії асоціюється з поняттям «тотальність». Тотальне ціле

Добронравова:

Слово «синергія» означає «спільна узгоджена дія». Г.Хакен назвав синергетикою науковий напрямок, що з'явився в останній третині ХХ століття, оскільки той вивчав, як спільна дія елементів нелінійного середовища породжує нові структури, тобто, як відбувається самоорганізація. В більш широкому сенсі термін «синергетика» відносять до вивчення всієї предметної області нелінійної науки: не тільки до самоорганізації як до виникнення порядку з хаосу, але й до динамічно стійкого існування систем, що самоорганізуються, і до входження їх у стан динамічного хаосу, і до виникнення складних структур в цьому стані.

Як з'ясувалось, сценарії самоорганізації на всіх її фазах подібні для систем різної природи, і синергетична науково-дослідницька програма виявилась загальнонауковою (тут звичне визначення «міждисциплінарність» стало надто вузьким, вживають поняття «трансдисциплінарність»). Як сказав одного разу Хакен, «синергетика росте звідусіль», як тільки наука підходить до вивчення критичних і закритичних станів досліджуваних систем, вона опиняється в предметній області синергетики.

Консолідуючись, нова наукова спільнота, що виходить за звичні рамки наукових дисциплін, використовувала різні імена і назви для самовизначення в міру розширення предметних сфер застосування нелінійних методів. Синергетика (Хакен), нерівноважна термодинаміка і теорія дисипативних структур (Пригожин), автоколивання в хімічних реакціях (Білоусов і Жаботинський), гіперцикли і автокаталітичні реакції в живій матерії (Ейген), автопоезіс в організмічних структурах (Матурана і Варела), теплові структури в плазмі (Кадомцев і Курдюмов), детермінований хаос (Лоренц), фрактали (Мандельброт), нелінійна динаміка і теорія катастроф (Сінай, Арнольд, Том), феномени самоорганізації в соціальних системах (Луман). При цьому під назвою синергетичної парадигми об'єднуються і реалізація власне науково-дослідницької програми синергетики, включаючи застосування нелінійних математичних методів, і загальний синергетичний підхід у його світоглядному і методологічному виразі. Такий підхід виявляє свою еврістичність, навіть коли синергетичні образи набувають дещо метафоричного характеру на перших етапах застосування синергетики до так званих людиномірних систем. Однак, якщо цей підхід вдається довести до рівня математичного моделювання, синергетичні моделі складних еволюціонуючих систем різної природи виявляють повну подібність, попри різноманітність самих цих моделей.

Як було показано нерівноважною термодина­мікою Пригожина, при самооргвнізації ентропія локально зменшується за ра­хунок передачі відкритою системою виробленої ентропії середовищу. Таким чином, загальна ентропія середовища зростає, тобто виконується другий закон термодинаміки (нерівноважна термодинаміка пов'язана з класичною тер­модинамікою принципом відповідності).

Засновком появи таких великомасштабних утворень є нелінійність середовища. В чому сенс цього терміна? Доки інтенсивність взаємодії між елементами середовища неве­лика, процеси в ньому описуються лінійними рівняннями, такими, де між змінними величинами існує лінійна (не ви­ще першого порядку величини) залежність. Саме такі за­лежності вивчала класична фізика. Саме до таких залеж­ностей нас привчила шкільна освіта. Так, процес розповсю­дження тепла при невеликих температурах описується лінійним чином і призводить до звичного для нас рівномір­ного нагрівання усього фізичного тіла. В плазмі ж, де тем­ператури величезні й, відповідно, діють нелінійні законо­мірності, рівномірний розподіл не відбувається, а навпаки, утворюються теплові локальні структури. Тобто найбільш нагріта плазма збирається разом, причому ті структури, які розвиваються найшвидше, підпорядковують собі всі еле­менти середовища. Так діє синергетичний принцип підлеглості.

Більше того, хоча самоорганізовувана система здатна під­тримувати свою динамічну сталість попри досить великі збудження, у ситуації біфуркації вона може реагувати на найменше збудження резонансним чином. При цьому дуже мала за енергією дія може мати великий вплив на подаль­шу долю системи. Саме ця властивість процесів самоорга­нізації відкриває широкі можливості для цілеспрямованої дії людини. Водночас ця властивість підвищує відповідаль­ність за ці дії, підвищує ризик людського існування.

Редукція (зведення) системи до елементів і взаємодій між ними – провідний пояснювальний принцип класичної фізики, що абстрагується від процесів становлення своїх об'єктів. Як вже відмічалось, синергетичні теорії самоорганізації засновані на принципі підлеглості (Г/Хакен), протилежному принципу редукції. Рух елементів середовища стає в процесі самоорганізації узгодженим, колективним (когерентним), підкорюючись вираженому параметром порядку становленню цілого, яке формує з наявних елементів середовища свої частини. Таким чином виникаєефективна великомасштабна дальнодія, непояснювана на основі короткодіючих сил, що пов'язують елементи середовища, хоча й неможлива без них. Наприклад, хвиля цунамі (зрозуміла з точки зору теорії самоорганізації як усамітнена хвиля) зберігає свою форму, відповідну формі дна на мілкій воді, де вона утворюється. Така поведінка хвилі як великомасштабного цілого, що самоорганізується, не може бути зрозуміла на базі принципу редукції, оскільки молекули води, і залучені до цунамі, і ті, що залишаються за її межами, не розрізняються, як і сили Ван-дер-Ваальса, які визначають міжмолекулярну взаємодію в масштабах, неспівставно малих порівняно з далеким порядком, визначаючим ціле, допоки воно не виявляється зруйнованим.

Виникнення нового цілого передбачає можливість розрізнення минулого і майбутнього, тобто цілісність тісно пов'язана з темпоральністю як незворотністю змін. На рівні теорії ця незворотність виражається у відсутності інваріантності нелінійних рівнянь, що мають декілька рішень, до зміни знаку часового параметру на протилежний. Розгалуження (в найпростішому випадку роздвоєння – біфуркація) на графічному зображенні нелінійної динаміки процесів самоорганізації наочно демонструє можливість розрізнення минулого і майбутнього, тобто незворотність (якщо на осі абсцис відкладений часовий параметр).