Замкнутость Вселенной

Современная оценка средней плотности материи Вселенной с высокой точностью близка к критическому значению. Замкнутость Вселенной – проблема темной материи - звезды разбегаются медленнее, чем это следует из видимого наличия вещества (темное вещество препятствует разбеганию, распространено в пространстве неоднородно); рассматриваются следующие версии:

Реликтовые нейтрино

Частицы, введенные в теории суперобъединения (фотино, гравитино, вино...)

Магнитные монополии

Микроскопические черные дыры

Проблема темной энергии (строго однородна, создает отталкивание)

Проблема интерпретации антропного принципа

Космология признает, что конечная цель – появление человека, но, оказывается, что все процессы эволюции очень чувствительны к небольшим изменениям параметров мироздания на каждом из этапов

Проблема перехода хаоса в порядок

Два подхода в Древней Греции:

1. Самоорганизация (клинамен -случайный фактор)

1. Управление (кибернетика)

1970 г. принято считать годом рождения синергетики (неравновесной термодинамики), как учения о самоорганизации. Основатели - Илья́ Рома́нович Приго́жин и Герман Хакен.

Самоорганизация – появление упорядоченных структур в первоначально бесструктурной среде, причем под структурами понимают не только статические образования (кристаллы), но и упорядоченные процессы, например, переход ламинарного течения в турбулентное.

Самоорганизация имеет универсальную природу, например:

Физика: возникновение гексагональных (шестигранных) структур на поверхности нагретого масла (ячейки Бернара); автоколебания и волны; когерентное излучение

Химия: реакция химических часов

Биология: законы Менделя, Дарвинская триада; коллективное поведение простейших

Экология: соотношение «хищник-жертва»

Астрофизика: кольца Сатурна, секторальная структура магнитного поля Солнца, солнечные пятна, крупномасштабная структура галактик

Экономика: кризисы

Социум: революции

Наука: смена научных парадигм

Условия самоорганизации систем:

Система открытая (обменивается с окружением веществом, энергией, информацией)

Система неравновесная (должно быть существенное отклонение от состояния равновесия)

Микроскопические процессы на уровне элементов системы происходят согласованно (т.е. имеет место синергия этих процессов)

Функционирование системы происходит в нелинейном режиме, т.е. ответная реакция системы на внутреннее или внешнее воздействие не пропорционально этому воздействию (система описывается нелинейными моделями)

Основная цель синергетики – проследить переход от плавного развития через катастрофы к качественно новым изменениям. В условиях катастроф перестанут действовать причинно-следственные связи, соответствующие обычным адаптационным законам развития и начинают влиять флуктуации микроскопических параметров системы (внешняя «шумовая» среда). Анализ показывает, что эта среда ведет к росту информационной избыточности системы, что и вызывает ее самоорганизацию.

Синергетику можно определить как теорию самоорганизации, как формальное учение о самоорганизации сложных систем как преобразования хаоса в порядок.

Синергетика имеет специфический язык:

1. Катастрофы

1. Аттракторы

1. Бифуркации (раздвоения)

1. Флуктуации

1. Фракталы

В основе синергетики лежат формальные теории, такие как теория катастроф и теория бифуркации. Теория катастроф является обобщением анализа сложных процессов самоорганизации, методом, позволяющим быстро, точно, наглядно проводить анализ различных явлений природы от физических до социальных. Математически теория катастроф – это обобщение метода исследования функций на экстремум. Функции катастроф в зависимости от числа параметров классифицируются, например, катастрофа складки, сборки, зонтик Уитни; точки особенностей функций катастроф связаны с резкими изменениями режима функционирования систем, где они перестают подчиняться обычным законам и проявляется связь с параметрами, приводящая к резко отличному от предыдущего поведению. Катастрофа – резкое изменение в характере поведения системы, как следствие нелинейных законов ее развития.

Два подхода к явлениям самоорганизации:

Неравновесная термодинамика (Пригожин) изучает системы далекие от равновесия; задача – доказательство того, что неравновесие может быть причиной порядка; такие системы должны быть открытыми, диссипативными (рассеивать вещество, энергию); условие формирования новой структуры – нахождение вдали от точки равновесия и наличие флуктуаций; с точки зрения НТД Вселенная – иерархия открытых систем, в основе развития которой лежит самоорганизация в критических точках.

Синергетика по Хакену утверждает:

Процессы эволюции и деградации, созидания и разрушения равноправны, хаос не только разрушает, но и создает, развитие происходит через неустойчивость, процессы упорядочивания имеют универсальный алгоритм независимо от природы, специфики и характера системы, эволюция большинства сложных систем обусловлена их нелинейным характером, т.о. возникает возможность появления множества структур, возрастающей степени сложности; случайность и закономерность встроены в закон эволюции; НТД имеет междисциплинарный и общенаучный характер, является основой синтеза научных знаний (постклассической, по В.С. Стёпину, рациональности).