Семінарське заняття 12-13

Тема 7. Самоорганізація

7.1. Самоорганізація як ґрунтовний процес природи.

Синергетика заснована на принципово новому баченні світу і новому розумін-ні процесів розвитку в порівнянні з тим переважним способом бачення, який панував у класичній науці протягом попередніх століть - науці І. Ньютона і П. Лапласа: випадковість виключалась як щось зовнішнє і несуттєве; протікаючі у світі процеси представлялися оборотними в часі і передбачуваними на необмежено довгий період; еволюція вважалася процесом, позбавленим відхилень, повернень, побічних явищ.

У класичній науці XIX ст. панувало переконання, що матерії початку властива тенденція до руйнування будь-якої впорядкованості, прагнення до вихідної рівноваги (в енергетичному сенсі це й означало хаос). Такий погляд на речі сформувався під впливом уявлень рівноважної термодинаміки, науки, що займається процесами взаємоперетворення різних видів енергії. Встановлено, що взаємне перетворення тепла і роботи нерівнозначні: робота може повністю перетворитися на тепло тертям або іншими способами, а ось тепло повністю перетворити на роботу принципово неможливо.

Отже, при взаємопереходах одних видів енергії в інші існує певна спрямованість. Знаменитий другий закон термодинаміки в формулюванні німецького фізика Р. Клаузіуса - про те, що теплота не переходить від холодного тіла до більш гарячого. У термодинаміку було введено поняття ентропії, під якою розуміється міра безладу системи. Більш точне формулювання другого початку термодинаміки прийняла такий вигляд: при самовільних процесах в системах, що мають постійну енергію, ентропія завжди зростає. Максимальна ентропія означає повну термо-

динамічна рівновага, що еквівалентно хаосу (чим більше ступінь ентропії в системі, тим менше ступінь порядку). Єдиним «докором» термодинаміці служила дарвінівська теорія еволюції, згідно якої процес розвитку рослинного і тваринного світу характеризується безперервним ускладненням, наростанням висоти організації і порядку. Жива природа прагне відійти від термодинамічної рівноваги і хаосу. Так виявилася «нестиковка» законів розвитку живої та неживої природи. Стало ясно, що для збереження несуперечності загальної картини світу необхідно ввести постулати про наявність у матерії в цілому не тільки руйнівної, а й творчої тенденції.

Матерія здатна здійснювати роботу і проти термодинамічної рівноваги,

самоорганізовуватися і самоускладнюється. Постулат про здатність матерії до саморозвитку був введений у філософію в античні часи, тоді як його необхідність у фундаментальних природничих науках стала усвідомлюватися лише останнім часом. Таким чином сформувалися передумови для виникнення теорії самоорганізації.

Поняття самоорганізації знаходиться в центрі сучасних уявлень про еволюційні процеси. І. Пригожин одним з перших встановив, що системи, надані самі собі, можуть зменшувати ентропію всупереч усім раніше відомим уявленням. Ю. Антоногов писав, що в природі є закон, що відображає антиентропійний рух і, ймовірно, можливий ще один закон переходу речовини в організацію. Тепер все ширше визнається, що самоорганізація - фундаментальний процес природи. Встановлено, що існують взаємопов'язані і взаємообумовлені матеріальні

об'єкти з рівноважної і нерівноважної структурною організацією речовини. Одні з них утворюються в ході процесу, який прагне до рівноваги, інші - в ході процесу, який прагне до нерівноваги. Головною особливістю процесу самоорганізації є його антиентропійна спрямованість.

Термін «самоорганізація» став застосовуватися для позначення природних антиентропійних процесів впорядкування, які мають іншу природу, ніж процес рівноважної організації (наприклад, кристалізації), хоча тривалий час вважалося, що порушення другого закону термодинаміки можливі лише за свідоме втручання людини. Приставка «само-» підкреслює як іманентні причини явища, так і існування

відмінностей у природі нерівноважного і рівноважного упорядкування, пов'язаних з активною або пасивної їх роллю у становленні відповідного порядку (самоорганізація - активне упорядкування).

Розрізняти самоорганізацію і організацію при аналізі складних явищ можна тільки на основі відмінності їх сутності. Самоорганізація передбачає природну зміну стану. У ідеях І. Пригожина, розвинених Г. Хакеном, сінергетика розглядається як так звана когерентна самоорганізація. Її механізм пов'язаний з кооперативною взаємодією безлічі однорідних компонентів, що призводить до синхронізації внутрішніх процесів і їх когерентної поведінки. Такий механізм Г. Хакен назвав синергетичним (від грецького synergia - спільна кооперативна дія). Термін «синергетика» введений Г. Хакеном для позначення міждисциплінарного напрямку, надає завдяки результатам досліджень у галузі теорії лазерів і нерівноважних фазових переходів ідейну основу для плідної співпраці дослідників у різних областях.

Синергетика, по Г. Хакену, займається вивченням систем, що складаються з великого числа частин, які складним чином взаємодіють між собою. У Г. Хакена в цьому відношенні були попередники: Ч. Шеррингтон, І. Забузький та ін Але вони говорили лише про приватні прикладах синергетичних процесів. Деякі авторитетні автори висловлюються про синергетику як про нову наукову парадигму. Під парадигмою в філософії науки розуміють певну сукупність загальноприйнятих у науковому співтоваристві ідей і методів (зразків) наукового дослідження.

Синергетику як нову парадигму можна коротко охарактеризувати трьома ключовими ідеями: нелінійність, самоорганізація, відкриті системи.

У відношенні самоорганізації Г. Хакен писав: «Корисно мати якесь підходяще визначення самоорганізації. Ми називаємо систему самоорганізованою, якщо вона без специфічного впливу ззовні знаходить якусь просторову, часову і функціональну структури. Під специфічним впливом ми розуміємо те, що нав'язує системі структуру чи функціонування. У разі ж самоорганізації система відчуває неспецифічний вплив. Наприклад, рідина, що підігрівається знизу, зовсім рівномірно знаходить в результаті самоорганізації макроструктуру, утворюючи шестикутні осередки ».

В даний час загальновизнаним можна вважати уявлення про самоорганізацію як про спонтанний перехід відкритої нерівноважної системи від менш складних і впорядкованих форм організації до більш складним.

З точки зору теорії динамічного хаосу феномен самоорганізації можна

розглядати у вигляді народження структури з хаосу структур. Система, в якій

стохастичність траєкторій є наслідок внутрішніх взаємодій, а не випадкових

зовнішніх впливів, називається динамічним хаосом - рух частинок розглядається як випадковий. Узагальнюючи вищевикладене, можна відзначити, що синергетика (від грецького synergetikos - спільний, узгоджено діючий) - наукова дисципліна, що вивчає процеси виникнення і колективних взаємодій об'єктів (елементів, підсистем):

• які відбуваються у відкритих системах при нерівних умовах;

• супроводжуються інтенсивним обміном речовиною і енергією підсистем з системою і системи з навколишнього середовища;

• характеризуються мимовільно (відсутністю жорсткої детермінації ззовні)

поведінки об'єктів (підсистем), що поєднується з їх взаємодією;

• мають результатом впорядкування, самоорганізацію, зменшення ентропії, а також еволюцію систем.