2. Основні ідеї, предмет та об'єкти синергетики

«Наріжним каменем» синергетики е три основні ідеї: нерівноважність, відкритість і нелінійність.

Стан рівноваги може бути стійким (стаціонарним) і динамічним. Про стаціонарний рівноважний стан говорить в тому випадку, якщо при зміні параметрів системи, що виникла під впливом зовнішніх або внутрішніх збурень, система повертається в колишній стан. Стан динамічної (нестійкої) рівноваги має місце тоді, коли зміна параметрів спричиняє за собою подальші зміни в тому ж напрямі і посилюється з часом. Важливо підкреслити, що такого такого роду стійкий стан може виникнути в системі, що знаходиться далеко від стаціонарної рівноваги.

Тривалий час в стані рівноваги можуть знаходитися лише закриті системи, що не мають зв'язків із зовнішнім середовищем, тоді як для відкритих систем рівновага може бути тільки миттю в процесі безперервних змін. Рівноважні системи не здатні до розвитку і самоорганізації, оскільки пригнічують відхилення від свого стаціонарного стану, тоді як розвиток і самоорганізація допускають якісну його зміну. [11]

Нерівноважність можна визначити як стан відкритої системи, при якому відбувається зміна її макроскопічних параметрів, тобто її складу, структури і поведінки.

Відкритість - здатність системи постійно обмінюватися речовиною (енергією, інформацією) з навколишнім середовищем і володіти як «джерелами» - зонами підживлення її енергією навколишнього середовища, дія яких сприяє нарощуванню структурної неоднорідності даної системи, так і «стоками» - зонами розсіяння, «скидання» енергії, в результаті дії яких відбувається згладжування структурних неоднорідностей в системі. Відкритість (наявність зовнішніх «джерел» («стоків»)) є необхідною умовою існування нерівноважних станів, в протилежність замкнутій системі, що неминуче прагне, відповідно до другого закону термодинаміки, до однорідного рівноважного стану.[13]

Неліншністю називається властивість системи мати в своій структурі різні стаціонарні стани, відповідні різним допустимим законам поведінки цієї системи. Кожного разу, коли поведінку таких об'єктів вдається виразити системою рівнянь, ці рівняння виявляються нелінійними в математичному значенні. Математичним об'єктам з такою властивістю відповідає виникнення спектру рішень замість одного єдиного рішення системи рівнянь, які характеризують поведінку системи. Кожне рішення з цього спектру характеризує можливий спосіб поведінки системи. Система нелінійна, якщо в різний час, при різних зовнішніх діях її поведінка визначається різними законами.

Важливим досягненням синергетики е відкриття механізму резонансного збудження. Виявляється, що система, яка знаходиться в нерівноважному стані, чутлива до дій, узгоджених з її власними властивостями. Тому флуктуації в зовнішньому середовищі виявляються не «шумом», а чинником генерації нових структур. Малі, але узгоджені з внутрішнім станом системи зовнішні дії на неї можуть виявитися більш ефективними, ніж більші але не злагоджені з внутрішнім станом системи.

Поняття «нелінійність» починає використовуватися все ширше, набуваючи світоглядного значения. Ідея нелінійності включає багатоваріантність, альтернативність вибору шляхів еволюції і її безповоротність. Нелінійні системи зазнають впливу випадкових, малих дій, породжуваних нерівноважністью. [4]

Синергетика вивчає два типи структур:

1) Так звані дисипативні структури, що виникають в процесі самоорганізації, для здійснення яких необхідний розсіюючий (дисипативний) чинник. Тут більш важлива роль стоків. Такі структури тяжіють до стаціонарного стану, вони якби застигають на стоках. Дисипативні структури з'являються у відкритих коливальних системах з сильним зовнішнім підживленням. Запасена в них енергія здатна вивільнятися зокрема під час дії на систему слабких збуджень (флуктуації), а відгук системи на це збудження може бути непередбачувано сильним. Дисипативні структури «живуть» (в системному значенні) за рахунок використовування відібраної енергії зовнішнього середовища для власних потреб.

2) Інший тип структур - нестаціонарні (еволюцюнуючі) структури, що виникають за рахунок активності нелінійних джерел енергії. Тут структура - це локалізований в певних ділянках середовища процес, що має певну геометричну форму і здатний розвиватися, трансформуватися або ж переноситися в середовищі із збереженням форми.[9]

Подібні структури вивчаються російською синергетичною школою. Слід зазначити, що фактично її два типи структур є різними етапами розвитку процесів у відкритих нелінійних середовищах.

Об'єктом синергетики є системи, які задовольняють, щонайменше, двом умовам:

• вони повинні бути відкритими;

• вони повинні бути істотно нерівноважними.

Але саме такою є більшість відомих нам систем. Ізольовані системи класичної термодинаміки - це певна ідеалізація, в реальності такі системи виключення, а не правило. Складніше зі всім Всесвітом в цілому: якщо вважати його відкритою системою, то що може служити її зовнішнім середовищем? Сучасна фізика вважає, що таким середовищем для нашого речовинного Всесвіту є вакуум.