К открытым системам

Непротиворечивость общей картины мира требует наличия у материи не только разрушительных, но и созидательных тенденций. Изучение этих тенденций привело к появлению таких разделов науки как синергетика – теория самоорганизации, основы которой заложил Г. Хакен и неравновесная нелинейная термодинамика открытых систем – И. Пригожин. Открытыми называются системы, способные обмениваться с окружающей средой веществом, энергией и информацией.

Природа, техника, наука показывает, что в неживой природе, равно как и в живой, а также в социальной сфере порядок доминирует над хаосом. Одним из таких примеров являются монокристаллы и монокристаллические изделия – лопатки, выращиваемые в лабораторных условиях.

Самоорганизация – спонтанный переход открытой системы от менее сложных и менее упорядоченных форм организации к более сложным и упорядоченным.

В основе синергетики лежит ряд идей:

– процессы разрушения и созидания, деградации и эволюции в Вселенной равнозначны;

– процессы созидания (упорядоченности) независимо от природы имеют единый алгоритм.

К самоорганизации склонны открытые системы, состояние которых далеко от термодинамического равновесия. Именно к таким системам относятся все живые организмы, общественные структуры и многие другие реальные объекты (ячейки Бенара, монокристаллы).

Пригожиным сформулировано Второе начало термодинамики применительно к открытым термодинамическим системам.

В открытой термодинамической системе изменение энтропии обусловлено не только процессами внутри системы, когда энтропия не может убывать, но и процессами обмена энергией, веществом и информацией с окружающей средой, в которых энтропия может, как возрастать, так и убывать.

Пусть приращение энтропии системы в процессе ее взаимодействия с окружающей средой составляет величину , а приращение энтропии за счет внутренних процессов Энтропия всей системы в связи с ее аддитивностью будет равно их сумме

.

В стационарном состоянии , что обуславливает очевидное равенство, . Это означает, что система поставляет энтропию внешнему миру, сбрасывая в него неупорядоченность и увеличивая энтропию окружающей среды. Кроме ячеек Бенара и роста монокристалла примерами самоорганизации могут служить механизмы действия квантовых генераторов (лазеры), развитие живых систем, динамика численности особей в популяции.

Развитие самоорганизующихся систем обычно происходит двумя этапами:

– плавное эволюционное предсказуемое развитие (адаптация) с изменениями, в итоге приводящими к некоторому критическому состоянию;

– одномоментный выход из критического состояния (скачок). Переход в новое состояние (бифуркация).

Особенность процесса – случайность перехода в точке бифуркации (рисунок_).

Рис. 22.2. Критическая точка параметра (точка бифуркации)

Бифуркация – неоднозначный переход системы в новое состояние при достижении системой критического значения параметра.

Причина возникновения бифуркации кроется в достижении предельных величин нагрузок на систему. В этой точке эволюционный путь развития системы разветвляется, а какая именно ветвь развития будет выбрана, определяется случаем. После того как новый путь развития системы выбран, возврата назад не существует. Примером состояния бифуркации является политическое состояние в России в 1991 г., когда она была вынуждена выбирать дальнейший путь своего исторического развития.

В точке бифуркации существенно возрастает роль случайностей, в результате которых система делает свой выбор пути дальнейшего развития, после чего устанавливается новое устойчивое состояние. Неоднозначность перехода в новое состояние не утверждает обязательности нового со старым, но в этот период, если речь идет о социуме резко возрастает роль личности. Вспомним Ленина в 17 году, Гитлера 30-е годы XX века в Германии, Ельцин 91 год XX века Россия, плеяду ученых – Пуанкаре, Лоренц, Планк, Эйнштейн и революцию в физических воззрениях.

Самоорганизация и синергетический подход характеризуются рядом особенностей:

– хаос не только разрушителен, но и созидателен, ибо развитие происходит через неустойчивость;

– линейная эволюция является исключением, развитие большинства систем нелинейно.

– выбор нового устойчивого эволюционного пути развития систем происходит в процессе случайного выбора из ряда нескольких разрешенных возможностей в точках бифуркации.

Таким образом, напрашивается вывод о том, что случайность не есть досадное недоразумение, а является неопознанной необходимостью как некоторой части механизма эволюции.

Синергетика возникла, и развивались как часть науки естествознания (физики), а в настоящее время ее идеи носят междисциплинарный характер и подводят базис под наблюдаемый глобальный эволюционный синтез в современной научной картине обустройства мироздания. Такой же интегральный смысл приобретает и другая научная дисциплина – кибернетика. Известно, что она устанавливает единство процессов управления. В отличие от синергетики при анализе сложных открытых систем кибернетика делает акцент на процессах управления и обмена информации. В неуничтожимости движения материи заключены истоки ее активности и саморазвития, предпосылки возникновения явления управления и соответствующих закономерностей. Это относится к живой и неживой природе, технике, науке и в равной степени к социуму.