Самоорганизация систем или синергетика.

До 20-го столетия в классическом естествознании доминировало убеждение, что миру (материи) присуще движение к исходному равновесию или к разрушению всякой упорядоченности. Данный взгляд сформировался под воздействием законов термодинамики, занимающейся изучением процессов взаимопревращений различных видов энергии. Именно термодинамика утверждает, что взаимное превращение тепла и работы неравнозначно. Работа может полностью превратиться в тепло трением или другими способами, тогда как обратно тепло полностью превратиться в работу не может. Здесь прекрасно видно, что самой природой предопределена направленность во взаимных переходах одних видов энергии в другие. Теплота переходит только от горячего тела к холодному. Обратный переход невозможен. Данное положение отражено во втором законе термодинамики в формулировке Р. Клаузиуса: «Теплота не переходит самопроизвольно от холодного тела к более горячему». Для характеристики этого процесса в термодинамике используется понятие энтропия как мера беспорядка системы. Смысл его заключается в том, что любая изолированная система стремится перейти в состояние с наименьшей упорядоченностью движения элементов (частиц). Максимальная энтропия означает полное термодинамическое равновесие, что эквивалентно хаосу.

Тогда становится понятным, что в изолированных системах все виды энергии рано или поздно преобразуются в тепловую, которая рассеется, что и будет означать полный хаос или термодинамическое равновесие. Необратимая направленность процессов означает, что все видимое вокруг – Вселенная, звездные системы и т. д. всё будет в состоянии термодинамического равновесия или хаоса. Здесь невольно возникает вопрос: «Если все процессы в окружающей нас природе направлены в сторону полной деградации, то, как организовалась Вселенная и составляющие ее элементы?» Особенно ярким несоответствием универсальному закону термодинамики является факт образования живых организмов и их эволюция по пути усложнения. Смена парадигмы стационарной Вселенной на развивающуюся, позволила нам осознать, что в природе есть и деградация и созидание. Сегодня экспериментально доказано нарастание сложности системы, от субэлементарной материи, в первые мгновения после Большого взрыва, до звездных систем, галактик и жизни в них.

Как же объясняет современная наука это несоответствие, которое она долгое время не замечала.

Данными вопросами сегодня занимается синергетика – теория самоорганизации.

Она возникла на основе современных глобальных тенденций объединения всех естественнонаучных дисциплин и занимается исследованием движущих сил эволюции природы, вопросами самоорганизации сложных систем. Иллюстрацией процессов самоорганизации может быть представлена работа лазера, с помощью которого можно получить мощное световое излучение. При подаче энергии извне хаотические колебания его частиц становятся согласованными (когерентными) в результате чего мощность излучения многократно усиливается т. е. в данном случае возникают кооперативные процессы и происходит самоорганизация системы. Это направление по исследованию самоорганизации в лазере немецкий физик теоретик Герман Хакен назвал синергетикой, что в переводе с древнегреческого означает совместное действие. Позднее синергетические процессы наблюдали в химии.

Открытие самоорганизации в простейших системах неорганической природы свидетельствует о возможности этих процессов в основе (фундаменте) всей материи. И сегодня уже не кажется случайным возникновение жизни на планете и ее усложнение путем эволюции.

Синергетика как новое направление возникла около 30 – 35 лет назад. Она исходит из следующих основных положений:

процессы разрушения и созидания, деградации и эволюции, равноправны;

процессы созидания (нарастания сложности и упорядоченности) имеют единый алгоритм, независимо от природы систем, в которых они осуществляются;

Объектами самоорганизации могут быть системы, отвечающие по крайней мере следующим требованиям:

они должны быть открытыми, т. е. обмениваться веществом или энергией с внешней средой;

и неравновесными, т. е. находиться далеко от термодинамического равновесия (хаоса).

Именно такими являются большинство известных нам систем. Изолированные системы в классической термодинамике - это некоторая идеализация, это исключение, но не правило. Несколько сложнее с оценкой Вселенной. Ещё нет доказательств, говорящих о том к каким же системам она относится, открытым или закрытым. И если открытым, то, что является по отношению к ней внешней средой. Некоторые утверждают, что это вакуум.

Ученые утверждают, что развитие сильно неравновесных систем по пути нарастания упорядоченности и сложности должно протекать по следующему сценарию:

на первом этапе должно происходить плавное эволюционное развитие, с хорошо предсказуемыми изменениями приводящими, в конце концов, систему в неустойчивое критическое состояние;

выход из кризисного состояния носит мгновенный характер, скачком с переходом в новое устойчивое состояние, но с большей упорядоченностью и сложностью.

Выход системы из кризисной ситуации может происходить в разных направлениях. Как говорят, система в этом случае находится в точке бифуркации и как бы падает в одно из многих возможных устойчивых состояний. При этом выбор дальнейшего пути развития системы непредсказуем. Этот процесс необратим. Процессы самоорганизации или явления синергизма свойственны явлениям самой разной природы. В частности, такие явления можно отметить для рыночной экономики, когда миллионы мелких собственников, хаотически действующих, формируют устойчивые сложные макроструктуры; для работы лазера; для роста кристаллов; для химических реакций и т. д. В естествознании синергетика - новое научное направление позволяющее, понять современную научную картину мира.

Основные черты естественнонаучной картины мира.

Современный мир состоит из разномасштабных открытых систем, подчиняющихся в развитии общим закономерностям. Основные открытия дат и механизмов эволюции Вселенной от Большого взрыва до наших дней были сделаны уже во второй половине 20-столетия; построена кварковая модель атома; открыты типы фундаментальных взаимодействий. Сегодняшняя картина мира и сложна и одновременно проста. Ей свойственны следующие принципы, основанные на фундаментальных законах существования и развития природы:

системность;

эволюционизм;

самоорганизация;

историчность.