Презентация "Синергетика" по обществознанию – проект, доклад

Cинергетика

Синергетика

Синергетика (от греч. συν — «совместное» и греч. εργος — «действие») — наука, целью которой является выявление и исследование общих закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения упорядоченных временных и пространственных структур в сложных неравновесных системах различной природы. Синергетика представляет собой новый этап изучения сложных систем, продолжающий и дополняющий кибернетику и общую теорию систем. Синергетика изначально представлялась как междисциплинарный подход, так как принципы, управляющие процессами самоорганизации, одни и те же в системах любой природы.

Синергетика пока существует как бы в нескольких вариантах, отличающихся названием и степенью общности. Область исследований синергетики до сих пор до конца не определена. Существуют несколько школ, в рамках которых развивается синергетический подход: Брюссельская школа Ильи Пригожина, в русле которой разрабатывалась теория диссипативных систем, раскрывались исторические предпосылки и мировоззренческие основания теории самоорганизации. Штутгартская школа Германа Хакена, профессора Института синергетики и теоретической физики в Штутгарте, который ввел термин «синергетика» в 1977 году в своей книге «Синергетика» (издана на русском языке в 1980 г.).

Хакен (Haken) Герман (p. 1927) — немецкий физик-теоретик. До ноября 1997 был директором Института теоретической физики и синергетики университета Штутгарта. С декабря 1997 является почетным профессором и возглавляет Центр синергетики в этом Институтете. Он является издателем шпрингеровской серии книг по синергетике, в рамках которой к настоящему времени опубликовано уже 69 томов.

Синергетическая модель Хакена для объяснения становления когерентного поведения (самоорганизации) включает три важнейших представления: параметры порядка; принцип подчинения; циклическую причинность. В неравновесной открытой системе в результате флуктуаций и конкуренции параметров порядка (мод) устанавливаются когерентные образцы поведения. Параметры порядка определяют поведение всех элементов системы (принцип подчинения). Элементы системы, в свою очередь, воздействуют на параметры порядка(феномен циклической причинности).

Ячейки Бенара. Параметром порядка здесь является разность температур между нижней и верхней поверхностями жидкости. Когда разность температур превышает некоторое критическое значение, возникает макроскопическое конвективное движение жидкости, порождающее ячеистую структуру. Изменением одного параметра удается организовать управление движением огромного количества молекул, подверженных хаотическому тепловому движению. Излучение лазера. Параметром порядка является налетающий фотон, под действием которого происходит индуцированное излучение. Ширина линии лазерного излучения зависит от тепловых флуктуаций.

Ла́зер (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — «усиление света посредством вынужденного излучения») — устройство, преобразующее энергию накачки в энергию когерентного, монохроматического потока излучения. Возбуждённый атом способен излучить фотон под действием другого фотона без его поглощения, если его энергия равна разности энергий уровней атома до и после излучения. Таким образом происходит усиление света. Излучённые фотоны вызывают последующие акты индуцированного излучения (положительная обратная связь).

По мере возрастания интенсивности внешних потоков система подходит к точке выбора (бифуркации), после которой начинает преобладать некоторый выделенный тип кооперативного поведения. Происходит сжатие огромного количества информации, которую необходимо было бы обработать при описании системы как совокупности ее отдельных частей, поскольку изменения системы в макроскопических масштабах управляются параметрами порядка, число которых невелико

Самоорганизация в обществе- усвоение ребенком родного языка. Язык –типичный параметр порядка в обществе, который живет дольше, чем его носитель. Ребенок усваивает язык своих родителей – в терминах синергетики он подчинен усвоению этого языка. Члены общества оказывают влияние на состояние языка, что приводит к изменением в параметре порядка. Коллективное поведение сообщества людей - появление единого ритма в аплодисментах зрителей по окончании всем понравившегося концерта: эти аплодисменты переходят в единодушные ритмические хлопки при наличии управляющего параметра.

Самоорганизующаяся система является сложной, состоящей из многих элементов. Элементы любой системы всегда обладают некоторой самостоятельностью поведения. Малые отклонения в поведении – флуктуации. В системе существуют механизмы коллективного поведения – обратные связи. Коллективные механизмы подавления отклонения в поведении – отрицательные обратные связи. Отрицательные обратные связи необходимы для существования устойчивых систем. Система остается открытой, неравновесной и нелинейной.

При некоторых условиях (увеличении неравновесности выше некоторого предела) доминирующую роль начинают играть положительные обратные связи, которые усиливают малые индивидуальные отклонения. Система переходит в неустойчивое состояние; Выход из неустойчивости переходит скачком за счет быстрой перестройки элементов системы –бифуркация. Бифуркации описываются математически в рамках теории катастроф и теории нелинейных дифференциальных уравнений. Бифуркации и катастрофы – универсальные свойства материи и общества.

Наблюдается согласованное поведение элементов системы, которое приводит к переходу системы в качественное состояние с упорядоченной структурой (пространственной или временной). В момент бифуркации возможно не одно, а множество вариантов структурного преобразования, что ограничивает возможность точного прогнозирования. Выбор одного из возможных новых состояний является случайным. Исторический процесс развития любых систем состоит из этапов количественного изменений свойств и этапов качественного усложнения структуры (происхождение жизни, происхождение человека, развитие сознания).

Синергетика относится к направлению универсализма. Синергетика не сводит поведение системы ни к поведению отдельных элементов (редукционизм), ни к макроскопическому поведению (холизм), а исследует установление и функционирование связи между этими двумя уровнями. Системы, составляющие предмет синергетики, могут быть различной природы и изучаться различными науками. Обнаружение общих закономерностей позволяет синергетике делать достижения одной науки доступным пониманию представителям других наук.

Синергетика прогрессирует с развитием математического аппарата описания нелинейных и неустойчивых систем и соответствующими вычислительными методами, основанными на компьютерном моделировании. Предпринимаются все более активные попытки использования синергетических методов в экологии, социологии, истории, экономике, в области социально-гуманитарного знания.

В России вклад в развитие синергетики внесли академик Н. Н. Моисеев — идеи универсального эволюционизма и коэволюции человека и природы. Синергетический подход в биофизике и информатике развивается в трудах члена-корреспондента РАН М. В. Волькенштейна Синергетический подход в теоретической истории развивается в работах Д. С. Чернавского, Г.Г.Малинецкого, Л.И.Бородкина, С.П.Капицы и др.

синергетика - наука о самоорганизации физических, биологических и социальных систем; синергетика - наука о коллективном, когерентном поведении систем различной природы; синергетика - термодинамика открытых систем вдали от равновесия; синергетика - наука о неустойчивых состояниях, предшествующих катастрофе, и их дальнейшем развитии (теория катастроф); синергетика - наука об универсальных законах эволюции в природе и обществе.

Постепенно предмет синергетики распределился между различными направлениями: теория динамического хаоса исследует сверхсложную упорядоченность; теория детерминированного хаоса исследует хаотические явления, возникающие в результате детерминированных процессов; теория фракталов занимается изучением сложных самоподобных структур, часто возникающих в результате самоорганизации; теория катастроф исследует поведение самоорганизующихся систем в терминах бифуркация, аттрактор, неустойчивость;

Нелинейное развитие системы, когда малое воздействие на нее приводит к принципиально новому результату, называется бифуркационным. В точке бифуркации система может начать развитие в новом направлении ( пример бифуркаций – выбор учебного заведения, выбор спутника жизни, картина Васнецова «Витязь на распутье»). В соответствии с синергетическими представлениями в нелинейных средах изначально существует спектр возможных структур развития данной системы (например, физический вакуум содержит в себе возможность рождения всех элементарных частиц).

Процессы самоорганизации носят целенаправленный характер. Цель, направляющая поведение нелинейной системы, называется аттрактором. Иногда аттрактор рассматривается как новообразованная структура, на которую система выходит после точки бифуркации. Пример – горное озеро, в которое стекаются ручьи (озеро – аттрактор, рельеф местности, направляющий ручьи – законы эволюции). Наличие флуктуаций и вероятностный характер взаимодействия снова переведут систему в неравновесное состояние – к новой бифуркации, а затем – к выходу на другой аттрактор.

В открытой неравновесной системе флуктуации могут привести к образованию диссипативных структур – самопроизвольному выстраиванию структуры на микроуровне в результате согласованного взаимодействия элементов Разрастание диссипативной структуры связано с понятием фракталов. Главное свойство – подобие (любой малый фрагмент аналогичен более крупной части и объекту в целом).

Треугольник Серпинского

Фракталы

Фракталы - самоорганизующиеся фигуры. Для их описания в моделируемом нелинейном уравнении задается начальное условие, дальше оно методом итераций начинает развиваться, создавая структуру. Фракталы образуются при самоорганизации природных систем. Фрактал – своего рода «микрозатрака» в начальный момент самоорганизации, из которой новая структура вырастает до макроуровня в том же виде (пример – пламя, нейронная сеть мозга, кристаллическая структура). Фрактальная структура, благодаря избыточности, хорошо противостоит повреждениям.

Хаос

Под действием внешних факторов система выбирает дальнейший путь существования и развития. Таким образом, развитие – инициирование потенциально существующего в системе порядка, а не наведение порядка извне. Новизна синергетического подхода заключается в том, что развитие понимается как внутренний процесс, в котором конструктивным началом выступает «детерминированный» хаос. Случайность и детерминированность на этапе бифуркации состоят в соотношении неопределенности (случайность – «блуждание по полю возможностей»).

Хаос контролирует и направляет систему в момент входа и выхода из аттрактора. Благодаря конструктивной роли и возможностям самоструктуризации хаос можно рассматривать как сверхсложную структуру. Физический хаос, представляемый как кажущийся беспорядок, может быть строго описан математически. Физический хаос имеет внутренний порядок, но он очень сложен. Хаос можно представить как «беспорядок множества порядков».

Эволюционно-синергетическая парадигма

В настоящее время можно говорить о наступлении нового, постнеклассического этапа в развитии науки - формирование эволюционно-синергетической парадигмы. Ее важнейшими составляющими являются: Принцип глобального эволюционизма – невозможность существования любых рождающихся во Вселенной структур вне общего эволюционного процесса; Представление об универсальности общих законов развития как проявления самоорганизации в сложных природных и социальных системах.

Синергетика как наука о самоорганизации сложных систем возникла в рамках естествознания, но постепенно становится одной из методологических основ общественных и гуманитарных наук. Ключевые понятия и подходы синергетики используются для описания сложных экономических и социально-гуманитарных явлений. На основе общих положений синергетики делаются попытки осмыслить ход исторического развития, оценить роль той или иной личности в исторических катаклизмах. Действия выдающейся личности можно считать «флуктуацией», которая определяет выбор пути дальнейшей эволюции.

Исторический процесс

На бифуркационном этапе истории существует множество обстоятельств, каждое из которых способно радикально и непредсказуемо повлиять на ход исторических событий (например, личностный фактор). В истории человечества случайность играла различную роль в разные периоды развития: В период устойчивого развития случайность (например, смерть лидера) лишь переводила развитие страны на близкую траекторию (немного менялось благосостояние народы или внешняя политика); В период неустойчивого развития аналогичные случайности приводили к катастрофическим изменениям (войнам и революциям).

Самоорганизация общества

Самоорганизующееся общество - свободная деятельность индивидов, которая осуществлялась бы при минимальном контроле или даже без всякого контроля. Принцип смещения конфликта. С точки зрения экономистов создание все больших возможностей для принятия самостоятельных решений в частной жизни приводит к сокращение управленческих шагов - это может сэкономить общественные средства и сама хозяйственная система будут работать эффективнее.

Прекращение регулирования: устранение полиции, переход к самозащите, каждый с этой целью имеет право обладать оружием. Для малонаселенных районов, включая сельские общины, этот шаг может быть рациональным. Частные охранные предприятия. Добровольные пожарные дружины. Приватизация сферы исполнения наказаний.

Самоорганизующееся общество откажется от государственно финансируемых и контролируемых университетов. После того как студент или студентка вносит высокую плату за обучение, возникают его/ее собственные сильные интересы закончить учебу как можно в более короткие сроки и добиться одновременно как можно более высоких результатов. Это ведет к тому, что стремятся успешно работать и преподаватели, которые в конечном счете обеспечивают свою жизнь от платы студентов за обучение.

Насколько далеко смещение конфликта может быть вынесено за пределы государства, т.е. отдалено от общего консенсуса? Даже этика могла бы стать объектом свободных переговоров. Конкретные поводы для обсуждений появляются все чаще, например, помощь умереть смертельно больным, клонирование людей, использование эмбриональных стволовых клеток. Как смотрит на эти вопросы синергетика: новые технические и медицинские возможности действуют как управляющие параметры, при критических значениях которых поведение системы меняется или даже должно изменяться. По-видимому, может даже возникать новый параметр порядка - и таковым является биоэтика.

Понятие личной ответственности все в большей мере оказывается на переднем плане. Но несмотря на это ситуация для отдельных людей не становится проще. Каждый из нас принимает решение в неком окружающем его поле, которое становится все более и более турбулентным. В самоорганизующемся общество во все возрастающей мере выпадает прямой государственный контроль. Это дает нам ощущение свободы. Тем не менее место того прямого контроля занимают - совершенно в духе синергетики - вещественные принуждения. Мы живем - отдаем ли мы себе в этом отчет или нет, - обладая лишь иллюзией свободы.

В экстремальных случаях, например, в период длительного экономического кризиса, высокого уровня безработицы и т.д., доверие населения к государству или к партиям может быть поколеблено, система становится неустойчивой. Новые параметры порядка, часто инициированные относительно малыми группами, формируются, вступают в конкуренцию друг с другом, наконец один из них побеждает и определяет тем самым новые отношения. Это может быть новая демократическая система, но также и тоталитарная диктатура. Достойное человека самоорганизующееся общество может продолжительно существовать только тогда, когда каждый поступает так, как если бы он в рамках своей собственной деятельности был ответственен за целое.

Методологическая ценность синергетики. Природа подвержена непрерывной эволюции. Изменения происходят на всех уровнях материальных структур, которые сами являются результатом эволюционного процесса. В природе непрерывно происходит увеличение разнообразия и сложности. Эволюция - проявления самоорганизации в сильно неравновесных системах. Идея о глобальном эволюционном процессе, который охватывает Вселенную, определяет эволюцию всех ее подсистем и единство наиболее общих закономерностей эволюции, составляет содержание концепции глобального эволюционизма.

Становление эволюционно-синергетической парадигмы способствует разрешению проблемы двух культур, т.к. определяет направление интеграции естественно-научного и социально-гуманитарного знания. В исследовании творческого процесса синергетические представления позволяют по-новому интерпретировать понятия интуиции и вдохновения. Одно из проявлений – формирование нелинейного мышления, которое связано с учетом малых факторов и обратных связей в изучаемых явлениях.