Порядок и беспорядок в природе. Концепция синергетики

Лекция № 14
ПОРЯДОК И БЕСПОРЯДОК В ПРИРОДЕ.
КОНЦЕПЦИЯ СИНЕРГЕТИКИ
Актуальная
проблема
современного
естествознания
–
природа
причинности и причинные отношения в мире. Концепция детерминизма –
концепция,
которая
основывается
на
принципах
причинности
и
закономерности. Механистический детерминизм или жесткий детерминизм,
основанный на понимании причинной связи как однозначной и постоянной и
идее
полной
предопределённости
всех
будущих
событий.
Критика
концепции детерминизма Эпикуром, его учение о неустранимой случайности
в движении атомов. Механи(сти)ческий детерминизм как: утверждение о
единственно возможной траектории движения материальной точки при
заданном начальном состоянии; лапласова концепция полной выводимости
всего будущего (и прошлого) Вселенной из её современного состояния с
помощью
законов
механики.
Для
механистического
детерминизма
характерен ньютоновский тип законов, где случайность не принимается во
внимание. Детерминистское описание мира: динамическая теория, которая
однозначно
связывает
между
собой
значения
физических
величин,
характеризующих состояние системы. Примеры динамических теорий:
механика,
электродинамика,
эволюционная
теория
термодинамика,
Ламарка,
теория
теория
относительности,
химического
строения.
Невозможность абсолютно точного задания начального состояния системы
вследствие неизбежной погрешности измерений. Невозможность достаточно
точного задания начального состояния систем с динамическим хаосом, для
которых любая допущенная в измерениях или расчётах погрешность очень
быстро нарастает с течением времени. Примеры систем с динамическим
хаосом: погода и климат, турбулентность, фондовые рынки.
Статистический или вероятностный детерминизм – результат
взаимодействия
большого
числа
элементов,
индивидуально
детерминированных в соответствии с другими типами детерминации.
Событие, в котором имеется несколько альтернатив. Статистическая форма
детерминации. Основные типы природных и общественных законов в
биологии, квантовой физике, общественных отношениях, истории носят
вероятностный характер. Описание систем с хаосом и беспорядком:
статистическая теория, которая однозначно связывает между собой
вероятности тех или иных значений физических величин. Основные понятия
статистической
теории:
случайность (непредсказуемость), вероятность
(числовая мера случайности), среднее значение величины, флуктуация
(случайное
отклонение
системы
от
среднего
(наиболее
вероятного)
состояния. Примеры статистических теорий: молекулярно-кинетическая
теория,
теории
квантовой
физики,
эволюционная
теория
Дарвина,
молекулярная генетика.
Соответствие динамических и статистических теорий: их предсказания
совпадают, когда можно пренебречь флуктуациями; в остальных случаях
статистические теории дают более глубокое, детальное и точное описание
реальности.
Этимология понятия «хаос». Примеры хаоса. Проявления хаоса во всех
научных
дисциплинах.
Отличие
хаоса
(непредсказуемость
возникает
вследствие слишком сильной чувствительности поведения системы к
начальным условиям) от беспорядка (поведение системы определяется
постоянно действующими на неё неконтролируемыми факторами). Поиск
механизмов объяснения порядка и хаоса. Переход от беспорядка к порядку в
сильно неравновесных условиях. Энтропия определяет качество системы.
Роль энтропии как меры хаоса.
Неравновесная термодинамика. Согласно теореме И.Р. Пригожина,
если открытую термодинамическую систему при неизменных во времени
условиях предоставить самой себе, то прирост энтропии будет уменьшаться
до тех пор, пока система не достигнет стационарного состояния
динамического равновесия; в этом состоянии прирост энтропии будет
минимальным. Например, в течение времени жизни живой системы ее
элементы постоянно подвергаются распаду. Энтропия этих процессов
положительна (возникает неупорядоченность). Для компенсации распада
должна совершаться внутренняя работа в форме процессов синтеза
элементов взамен распавшихся. Следовательно, эта внутренняя работа
является процессом с отрицательной энтропией – негэнтропией. Жизнь как
один из возможных негэнтропийных процессов. Таким образом, с позиций
неравновесной термодинамики, живым системам присущи процессы,
уменьшающие энтропию систем и поддерживающие их организованность.
Самоорганизацией называют природные скачкообразные процессы,
переводящие открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии
критического состояния, в новое, устойчивое состояние с более высоким
уровнем сложности и упорядоченности по сравнению с исходным. Критическое
состояние – состояние крайней неустойчивости, достигаемое открытой
неравновесной системой в ходе предшествующего периода плавного
эволюционного развития.
Наука о самоорганизации любых сложных систем – синергетика,
возникла в 70-х годах XX века, основателями которой считают И.Р.
Пригожина, И. Стенгерса и Г. Хакена.
Для процесса самоорганизации необходимо несколько условий: 1)
открытость системы; 2) существенная неравновесность, достигающая при
определенных состояниях критического состояния (точка бифуркации),
сопровождаемая потерей устойчивости; 3) выход из критического состояния
происходит скачком типа фазового перехода; 4) нелинейность.
Диссипация
(рассеяние)
энергии
в
неравновесной
системе.
Диссипативная структура – неравновесная упорядоченная структура,
возникшая в результате самоорганизации. Пороговый характер (внезапность)
явлений самоорганизации. Точка бифуркации как момент кризиса, потери
устойчивости. Рост флуктуаций по мере приближения к точке бифуркации.
Стабилизация флуктуаций за точкой бифуркации (порядок из хаоса).
Синхронизация частей системы в процессе самоорганизации. Понижение
энтропии системы при самоорганизации и повышение энтропии окружающей
среды при самоорганизации.
Явления самоорганизации в различных системах: возникновение ячеек
Бенара в подогреваемой жидкости, протекание циклических химических
реакций, лазерное излучение, развитие Вселенной, эволюция живых
организмов,
процессы
палеонтологические
самоорганизации
в
вымирания
явлениях
и
жизни.
эволюция
биосферы,
Самоорганизация
в
популяциях и экосистемах, в социально-экономических процессах, обществе,
культуре.
Новый взгляд на концепцию детерминизма: в окружающем нас мире
действуют и жесткий детерминизм, характерный для плавного, эволюционного
развития систем, и случайность, характерная для поведения системы в точке
бифуркации. После того, как путь для системы выбран (один из многих
возможных) вновь вступает в силу детерминизм. В природе преобладают
необратимые
процессы,
что
сказывается
на
необратимости
времени.
Необратимые процессы при определенных условиях (открытость системы)
порождают высокие уровни организации.
Универсальный эволюционизм как научная программа современности,
его принципы: всё существует в развитии; развитие как чередование
медленных
количественных
и
быстрых
качественных
изменений
(бифуркаций); законы природы как принципы отбора допустимых состояний
из всех мыслимых; фундаментальная и неустранимая роль случайности и
неопределенности; непредсказуемость пути выхода из точки бифуркации
(прошлое влияет на будущее, но не определяет его); устойчивость и
надежность природных систем как результат их постоянного обновления.
В настоящее время концепция самоорганизации получает все большее
распространение не только в естествознании, но и социально-гуманитарном
познании.