De la haos la ordine

Concepțiile științifice moderne ale structurii materiei îi atribuie proprietățile dinamismului, dezvoltării, caracterului evolutiv. Opinia științifică, cel puțin din secolul al XIX-lea, era inerentă ideii dezvoltării. Dar, după descoperirea lui Kelvin și Clausius a doua lege a termodinamicii este destul de vedere pesimist domina că condiția de bază a problemei este starea de echilibru termodinamic (haos) - cea mai simplă dintre toate stările posibile ale sistemului nu face schimb de energie și materie cu mediul. Tendința dominantă a materiei a fost dorința de a distruge ordinea care a apărut spontan

(ca urmare a unei fluctuații aleatorii improbabile) și a reveni la haosul inițial. În consecință, starea ordonată a materiei, observată în partea accesibilă a universului, a apărut accidental. Și viața, ca fiind cea mai înaltă din toate formele de ordine cunoscute științei, este cu atât mai accidentală și mai puțin naturală. Acest lucru a fost confirmat de modelul Universului staționar, larg răspândit în secolul al XIX-lea în cosmologie. Ceea ce a făcut această schimbare aparent perspectivă nezdruncinat asupra dezvoltării, pentru a veni la ideea de auto-organizare, care este integrat în lumea științifică, în a doua jumătate a secolului al XX-lea, și a schimbat în mod fundamental vechea concepție a materiei și a proceselor sale de dezvoltare?

Originile ideii de auto-organizare a sistemelor. Această idee este generată de creșterea numărului de studii în diferite domenii ale științei naturale, consacrate efectelor de cooperare în sistemele deschise de neechilibru. Inițial, în anii 60 ai secolului XX, astfel de studii s-au desfășurat independent în diferite discipline, mai târziu (în anii 1970) au devenit obiectul comparației și au dezvăluit multe în comun.

synergie (G.Khaken); termodinamica proceselor de neechilibru (I.Prigozhin); conceptul evoluției moleculelor organice (M. Eigen); conceptul evoluției sistemelor catalitice deschise (APRudenko); teoria catastrofelor (R.Tom).

Sinergetica, prin definiție, creatorul său, fizicianul german G.Hakena fost sisteme formate din mai multe subsisteme de natură diferită, cum ar fi electroni, atomi, molecule, celule, neutroni, elemente mecanice, fotoni, corpurile de animale și chiar oameni ... Aceasta este știința de auto-organizare a studia sistemele complexe, transformarea haosului în ordine.

Apariția sinergie a ordonat sisteme complexe din cauza nașterea comportamentelor colective sub influența fluctuațiilor, concurența și selectarea lor de tipul de comportament care este capabil de a supraviețui într-un mediu competitiv. După cum observă el însuși Haken, acest lucru ne duce într-un anumit sens la un fel de darwinism generalizat, efectul căruia se extinde nu numai la lumea organică, ci și la cea anorganică. Auto-organizarea, conform lui G. Haken, este "formarea spontană a unor structuri foarte ordonate din embrioni sau chiar din haos". Trecerea de la o stare neordonată la o stare ordonată apare datorită acțiunii comune și sincrone a multor subsisteme (sau elemente) care formează sistemul.

H.Haken a evidențiat procesele cooperative (colective) în toate sistemele de auto-organizare. Inițial, sfera de aplicare a sinergiei lui H. Haken era electronică cuantică și radiofizică. Un exemplu viu de auto-organizare poate servi ca un sistem, studiat de el, un laser.

G.Hakenom atras atenția asupra faptului că energia luminoasă de pompare cu laser la un moment dat in primele vibratii haotice ale atomilor săi sunt înlocuiți cu un mai simplificat și coerent. În timp ce puterea energiei pompate este mică, atomii din cristal sunt excitați necoordonați și microundele luminoase emit și ele împrăștiate în timp și în direcție.

În acest caz, laserul emite lumină difuză, ca o lampă de iluminare. Cu toate acestea, atunci când energia de pompare a substanței active cu laser atinge valoarea de prag al puterii, atunci toți atomii excitat în cristal - antena începe brusc să emită lumină sincronă și unidirecțional, și o multitudine de plus mikroizlucheny format un singur flux luminos puternic intră în modul cu laser generator de sistem. Adică atunci când fasciculul laser este generat în sistemul atomic al cristalului, are loc autoorganizarea.

Astfel de interacțiuni, care duc la comportamentul cooperativ al elementelor sistemului, domnul Haken a numit sinergie, adică coerentă.

Alte exemple de efecte de cooperare pot fi: alinierea colectivă a orientărilor identice ale momentelor elementare magnetice în ferodinamică; colectiv

autoreglarea vortexurilor în interiorul lichidului, generând o structură turbulentă vizibilă la un nivel macroscopic și altele asemănătoare.

Potrivit lui Haken, obiectul studierii sinergiei - un sistem de auto-organizare - indiferent de natura sa, ar trebui să aibă următoarele caracteristici:

Deschiderea este schimbul obligatoriu de energie și (sau) substanță cu mediul. Deschiderea sistemului înseamnă prezența în el a surselor de admisie și de absorbție a eliberării materiei, a energiei și a informațiilor;

Deschiderea este condiția inițială pentru auto-organizare. Conceptul de deschidere este legat de conceptul relațiilor sistemului sau elementelor sistemului cu mediul extern, care este compus din alte sisteme sau elemente și produse ale interacțiunii lor. Relațiile deschise sunt luate în considerare atunci când există un schimb multilateral liber de materie, energie și informații. Sistemele care nu pot fi schimbate sunt definite ca sisteme închise. Sisteme absolut închise în natură acolo. Fiecare sistem reacționează la influențele externe și dă ceva mediului, cel puțin sub formă de produse ale decăderii sale. Prin sistemele închise convențional sunt formări strict limitate, cu conexiuni interne și externe rigide, limitate în comportament și acțiuni prin reglementări la fel de stricte. Sinonime closed-

- limitare, lipsă de libertate.

În conformitate cu a doua lege a termodinamicii, entropia unui sistem închis (o măsură a dezordinii) poate crește doar, adică, ordinea va scădea în timp și în cele din urmă dispar (ceea ce înseamnă că dezintegrarea, prăbușirea sistemului). În consecință, un astfel de sistem nu este capabil de auto-dezvoltare. Ea tinde doar la auto-conservare, dar această posibilitate scade, pe măsură ce are loc dezordinea inevitabilă.

Sistemele deschise sunt capabile să reducă entropia datorită exportului, adică ieșire către mediul extern. Cu toate acestea, deschiderea este, de asemenea, un concept condițional. În cazul în care sistemul comunică în mod regulat resurse (activitati) cu mediul și, astfel, „sosirea“ lor este echivalent cu „ieșire“, un astfel de sistem în schimburi raport egal și entropie, care de ceva timp rămâne la o valoare constantă și, în consecință, creșterea sistemelor de complexitate și organizare nu se întâmplă.

Optimă pentru vitalitate și dezvoltare internă este sistemul care crește atât afluxul de activități, cât și producția lor internă, cu schimbul în favoarea intrării. Entropia sistemului scade și, în consecință, organizația crește. Cu toate acestea, complexitatea crescândă a sistemului și creșterea exportului de entropie (dezorganizarea mediului) conduc de asemenea acest sistem la o stare instabilă și îl forțează să se transforme. Într-o stare de instabilitate limitare a sistemului devine deschis în sensul sinergică plin de deschidere, atunci când sistemul de partajare a resurselor este deschis la fiecare dintre punctele sale și membrii săi sunt gata să coopereze în noua ordine.

Deoarece orice sistem, indiferent de gradul lui

latitudinea în diferite state organizaționale, mai devreme sau mai târziu ajunge la punctul de instabilitate finală, în acest moment, în momentul transformării, toate sistemele devin deschise.

dezechilibru substanțial, neliniaritatea - care exprimă inconstanță manifold plecare instabilitatea din poziții de echilibru, prezența de oscilație și se realizează în anumite condiții și pentru anumite valori ale parametrilor ce caracterizează sistemul, care se traduce într-o stare critică, urmată de o pierdere de stabilitate. Ori de câte ori se instalează echilibrul, organizarea se oprește;

Nonlinearitatea este neechivalența trecutului cu viitorul sistemului. Relațiile liniare sunt echivalența semnalului și răspunsul la acesta. Acestea sunt tipice pentru sistemele liniare în care funcționează principiul suprapunerii, adică Simplificat - rezultatul este proporțional cu efortul. Astfel de relații sunt observate în apropierea punctului de echilibru static. Pentru a rula o minge într-o singură mișcare din partea de jos a canelurilor pe panta sa și apoi să treacă la următoarea aprofundare, necesită un efort considerabil proporțională cu panta abruptă. Dacă piatra lui, apoi un domeniu de aplicare suficient de oscilații liniare devin neliniare, forța de revenire începe să scadă, iar mingea iese din adâncire a trece (până la punctul de echilibru instabil). Nonlinearitatea încalcă principiul suprapunerii: rezultatul sumei impacturilor nu este egal cu suma rezultatelor lor, adică prin eforturi mici, se pot face mari transformări. Prin urmare, spre deosebire de extrapolarea liniară, complexitatea predicției comportamentului neliniar al sistemului.

Instabilitatea este starea de pregătire a sistemului de a schimba și momentul alegerii direcției. În sinergie, modelul pendulului este adesea folosit pentru a ilustra starea de instabilitate. Un pendul leagăn în mod liber micșorează treptat amplitudinea oscilației și se oprește la punctul de bază critic (echilibru absolut). Dacă aplicați energie pendulului în loturi sau setați limite de vibrație, acesta va fi un model al unui sistem închis în echilibru mobil. În cazul în care alimentarea cu energie pentru a crește (sarcina suplimentară pentru greutățile de tragere) și elimină limitatori pendul vine într-o mișcare de rotație și la terminarea alimentării cu energie se poate opri într-o poziție inversată, adică, la punctul superior al cercului de mișcare (echilibru instabil).

Pentru a scoate pendulul din echilibru absolut și pentru a crește amplitudinea oscilațiilor, este necesară o forță suficient de pronunțată în apropierea punctului de stabilitate mai mic. În stare de echilibru instabil, este gata să cadă la dreapta sau la stânga cu cea mai mică influență sau chiar oscilații termice ale materialului pendulului.

În punctul de echilibru instabil, sistemul este într-adevăr deschis și foarte sensibil la semnale mici. Astfel de puncte de instabilitate și deschidere sunt de asemenea puncte de alegere (dreapta sau stânga). În sinergie, ele sunt numite puncte de bifurcare (literalmente o furculiță cu două vârfuri - în funcție de numărul de alternative, care în alte modele pot fi mai mult). Astfel, deschiderea, instabilitatea și bifurcația caracterizează momentul tranziției sistemului la o nouă calitate.

Iesirea din starea critică abruptă, în procesul de tranziție de tip, într-o stare calitativ nouă, cu un nivel mai ridicat de comandă.

O stare critică este o stare de instabilitate extremă realizată de un sistem de neechilibru deschis în perioada anterioară a dezvoltării netede și evolutive.

Un salt este un proces extrem de neliniar în care mici modificări ale parametrilor unui sistem (numiți în mod obișnuit parametri de control) determină schimbări foarte puternice în starea sistemului, trecerea la o nouă calitate.

De exemplu, atunci când temperatura apei scade la o anumită valoare, se transformă brusc în gheață. În apropierea punctului critic al tranziției, este suficient să se schimbe temperatura apei (parametrul de control) cu o fracțiune de grad pentru a determina transformarea aproape instantanee într-un corp solid.

Procese similare sunt în chimie - amestecarea de lichide de diferite culori, atunci când alternativ lichidul se dovedește a fi roșu, apoi albastru (reacția Belousov-Zhebotinsky);

în biologie - contracția musculară, oscilații electrice în cortexul cerebral, fenomenul morfogenezei (celule individuale sunt doar nediferențiate, de specialitate se dezvolta în linie înconjurat de alte celule), dinamica populației (fluctuațiile temporale ale numărului de specii), etc.

Dinamica ierarhică este principiul de bază al sistemului care trece prin punctele de bifurcare și formează o nouă ordine. Acest principiu descrie apariția unui nou sistem de calitate orizontal, adică la același nivel ca și parametrii de schimbare lent mega-ordin duce la o bifurcare, instabilitatea sistemului la nivel macro și restructurarea structurii sale. Includerea în schema de micro-niveluri ne permite să descriem procesul de dispariție și de naștere la punctul de bifurcare la nivel macro. În acest moment, variabilele colective, parametrii de ordine ai nivelului macroelastic, își întorc gradele de libertate la haosul de micro-nivel, dizolvându-se în el. Apoi, în interacțiunea imediată a nivelurilor mega și micro, s-au născut parametri noi de ordin al macroevelului actualizat. Procesul parametrului rangului „parametri de control mega-infraslow“ + „micro scurt-variabile“ = parametrii de ordine, variabile structură mezo durată (macro) strat. Momentul dintre trecut și viitor - punctul de bifurcare la nivel micro este o epocă întreagă de transformări. Aici se face alegerea alternativelor pentru dezvoltarea nivelului macroeconomic.

De la haos la ordine

Articole corelate

Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: