Тема 6. Самоорганизация.

6.1. Естественнонаучные начала синергетики

6.2. Синергетическая концепция самоорганизации

6.1. Естественнонаучные начала синергетики

Понятие самоорганизации находится в центре современных представлений об эволюционных процессах. И. Пригожин одним из первых установил, что системы, предоставленные сами себе, могут уменьшать энтропию вопреки всем ранее известным представлениям.

Термин «самоорганизация» стал применяться для обозначения естественных антиэнтропийных процессов упорядочения, имеющих иную природу, чем процесс равновесной организации (например, кристаллизации), хотя долгое время считалось, что нарушения второго закона термодинамики возможны лишь при сознательном вмешательстве человека.

Различать самоорганизацию и организацию при анализе сложных явлений можно только на основе различия их сущности. Самоорганизация предполагает естественное изменение состояния.

В идеях И. Пригожина, развитых Г. Хакеном в синергетику1, рассматривается так называемая когерентная самоорганизация. Ее механизм связан с кооперативным взаимодействием множества однородных компонентов, приводящим к синхронизации внутренних процессов и их когерентному поведению. Такой механизм Г. Хакен назвал синергетическим (от греческого synergia — совместное кооперативное действие).

В настоящее время общепризнанным можно считать представление о самоорганизации как о спонтанном переходе открытой неравновесной системы от менее сложных и упорядоченных форм организации к более сложным.

С точки зрения теории динамического хаоса феномен самоорганизации можно рассматривать в виде рождения структуры из хаоса структур.

Обобщая вышеизложенное, можно отметить, что синергетика (от греческого synergetikos — совместный, согласованно действующий) — научное направление, изучающее процессы образования и коллективных взаимодействий объектов (элементов, подсистем):

• происходящие в открытых системах при неравновесных условиях;

• сопровождающиеся интенсивным обменом веществом и энергией подсистем с системой и системы с окружающей средой;

• характеризуемые самопроизвольностью (отсутствием жесткой детерминации извне) поведения объектов (подсистем), сочетающейся с их взаимосодействием;

• имеющие результатом упорядочение, самоорганизацию, уменьшение энтропии, а также эволюцию систем.

Концептуальная модель процесса самоорганизации как один из элементов системы самоуправления представлена на рис. 1.

Функциональное описание самоорганизации как системы наряду с функциональными связями и структурой характеризует совокупность процессов, посредством которых осуществляется переход индивидуума или системы из низшего в высшее состояние: самообучение, самовоспитание, изучение опыта, системный анализ и обобщение практики, исследование законов хозяйственного развития, нормализация (систематизация, классификация, унификация, типизация, стандартизация, нормирование).

Рис. 1. Концептуальная модель процесса самоорганизации

6.2. Синергетическая концепция самоорганизации

Обобщение результатов, полученных специалистами в связи с исследованиями по

синергетике, позволяет определить синергетическую концепцию самоорганизации в виде следующих положений.

1. Объектами исследования являются открытые системы в неравновесном состоянии, характеризующиеся интенсивным обменом веществом и энергией между подсистемами, а также между системой и ее окружением.

2. Различаются процессы организации и самоорганизации. Их общий признак — возрастание порядка, обусловленное протеканием процессов, противоположных установлению термодинамического равновесия, независимо от влияния взаимодействующих элементов внешней среды. Организация в отличие от самоорганизации может характеризоваться, например, образованием однородных стабильных статических структур.

3. Результатом самоорганизации становятся возникновение, взаимодействие, а также взаимосодействие (например, кооперация) более сложных в информационном смысле объектов, чем элементы внешней среды, из которых они возникают. Система и ее составляющие являются динамическими образованиями.

4. Направленность процессов самоорганизации обусловлена внутренними свойствами подсистем в их индивидуальном и коллективном проявлении, а также воздействиями со стороны среды, в которую «погружена» система.

5. Поведение подсистем и системы в целом существенным образом характеризуется спонтанностью — акты поведения не являются . строго детерминированными.

6. Процессы самоорганизации происходят в среде наряду с другими процессами, в частности, имеющими противоположную направленность и способными в отдельныефазы существования системы как преобладать над процессами самоорганизации, так и уступать им. При этом система в целом может характеризоваться устойчивой тенденцией, колебаниями к эволюции либо к деградации и распаду.

Синергетика основана на идеях целостности мира и научного знания о нем, общности закономерностей развития объектов всех уровней материальной и духовной организации, нелинейности (многовариантности и необратимости), глубинной взаимосвязи хаоса и порядка (случайности и необходимости). Синергетика дает нам новый образ мира, который сложно организован и открыт, т.е. является не ставшим, а становящимся, не просто существующим, а непрерывно возникающим, эволюционирующим по нелинейным законам. Последнее означает, что этот мир полон неожиданных поворотов, связанных с выбором путей дальнейшего развития.

Синергетика изучает открытые (обменивающиеся веществом и энергией с внешним миром, имеющие источники и стоки энергии) нелинейные (описываемые нелинейными уравнениями) системы. Предмет синергетики — механизмы самоорганизации, т. е. механизмы самопроизвольного возникновения, относительно устойчивого существования и саморазрушения макроскопических упорядоченных структур, характеризующих такого рода системы.

Синергетика имеет собственный язык. Это язык таких понятий, как «аттракторы» и «бифуркации», «фракталы» и «детерминированный хаос». Понятие аттрактора близко понятию цели. Последнее можно раскрыть в широком смысле как направленность поведения нелинейной системы, «конечное состояние» (конечное относительно, завершающее некоторый этап эволюции) системы. Под аттрактором в синергетике понимают относительно устойчивое состояние системы, которое как бы притягивает (от латинского attrahere — притягивать) к себе множество «траекторий» системы, определяемых разными начальными условиями. Если система попадает в конус аттрактора, она неизбежно эволюционирует к этому относительно устойчивому состоянию (структуре).

На уровне математического описания бифуркация означает ветвление решений нелинейного дифференциального уравнения. Физический смысл бифуркации: точка бифуркации — точка ветвления путей эволюции системы. Иными словами, нелинейная система «таит в себе» бифуркации.

Фракталами называются объекты, обладающие свойством самоподобия. Это означает, что малый фрагмент структуры такого объекта подобен другому, более крупному фрагменту или даже структуре в целом.

Синергетика рассматривает случайность, играющую особую роль в процессах самоорганизации, как элемент мира. Случайности на языке синергетики называются флуктуациями. Случайность — творческое, конструктивное начало; она способна играть роль механизма, выводящего систему на аттрактор, на одну из собственных структур среды, на внутреннюю тенденцию ее организации. Нелинейная среда начинает сама себя выстраивать, организовывать, но необходим хаос для инициирования, начального спускового механизма этого процесса.

Отличительной особенностью самоорганизации является целенаправленный, хотя и естественный характер: процессы, протекающие во взаимодействии с окружающей средой, в то же время автономны, что не противоречит эволюционной теории.

Выделяют три процесса самоорганизации:

• процессы возникновения качественно нового целостного формирования из некой совокупности объектов определенного уровня;

• процессы, поддерживающие определенный уровень организации при учете внешних и внутренних условий ее функционирования;

• процессы совершенствования организаций, способные накапливать и использовать прошлый опыт.

Основной характеристикой самоорганизации любой системы, ее эволюции является необратимость, выражающаяся в определенной направленности ее изменений.

Иначе говоря, самоорганизация — процесс развития системы, для которого характерны два принципа:

• принцип отрицательной обратной связи, показывающий, как поддерживается спонтанно возникающий порядок;

• принцип положительной обратной связи, согласно которому прогрессивные изменения, возникающие в системе, не подавляются, а накапливаются и усиливаются.