Явление самоорганизации

 

Процессы самоорганизации, которые изучает синергетика, основываются на одном общем эффекте – способности разнокачественных единиц материи в известных условиях проявлять активность, и даже не просто активность, а своего рода двойственность, каким-то образом согласованную, протекающую по единому плану и направленную в каждом конкретном случае на вполне конкретный факт структурирования или структурной трансформации.

Самоорганизующиеся  системы приобретают присущие им свойства, структуры или функции и без какого бы то ни было вмешательства извне. Дифференциация клеток в биологии и рост снежинок могут в равной степени служить примерами самоорганизации. С другой стороны, такие устройства, как используемые в радиопередатчиках электронные генераторы, сделаны руками человека. Однако мы часто забываем о том, что во многих случаях технические устройства функционируют на основе процессов, тесно связанных с самоорганизацией.

В собственном смысле синергетика – это теория и методология, исследующая процессы самоорганизации. По своему рангу синергетика близка к философским наукам, поскольку объектом являются вопросы о том, как вообще возникают организационные структуры материальных образований со всеми их функциями.

Однако проблемы общие для философии и синергетики, раскрываются по-разному. Синергетика выражает то же содержание, но на языке конкретных терминов многих наук, использует значительный объем фактологического материала целого ряда дисциплин, таких как физика, химия, биология, общая теория вычислительных систем, экономика и социология, и не пользуется абстрактно-всеобщей философской формой. Каждая из вышеперечисленных наук имеет достаточно веские основания считать синергетику своей составной частью. Но синергетика каждый раз приносит характерные особенности, понятия, методы, чуждые традиционно сложившимся научным направлениям.

Так, например, термодинамика действует в полную меру только в том случае, если рассматриваемые системы  находятся в тепловом равновесии; термодинамика необратимых процессов применима только к системам вблизи теплового равновесия. Синергетические системы в физике, химии, биологии находятся вдали от теплового равновесия и могут обнаруживать такие необычайные способности как колебания.

Таким образом, синергетика – не сумма физических идей или математических методов. Это система взглядов, в которых физик, химик, биолог и математик видят свой материал. Эта наука уже сыграла роль своего рода катализатора между представителями разнообразных наук.

 

 Широкое распространение явление синергизма получило в естественных науках. Как синергетики (материалы, взаимно усиливающие действия) действуют тяжелые металлы – свинец и кадмий. В физиологии хорошо известны мышцы-синергисты. Например, при движении согласованно действуют сгибательные и разгибательные мышцы. Большой вклад в развитие идей самоорганизации внесли Ч. Дарвин (теория биологической эволюции), А. Пуанкаре (статистическое и динамическое описание сложных систем), Л. Больцман, А.Н. Колмогоров, Л.И. Мандельштам, А.А. Крылов и многие другие. Синергетика рассматривает процессы самоорганизации, устойчивости, распада и возрождения самых разнообразных структур живой и неживой природы, социальных и технических систем. Синергетика активно проникла в мир компьютеров, возникло понятие «синергетические компьютеры», которые ориентированы на активацию элементов. Появилось представление о синергетической информации, отражающей коллективные свойства системы. Синергетика успешно исследует самоорганизацию земных оболочек. Так, например, мы являемся свидетелями становления Интернета, осуществляющегося посредством самоорганизации.

В настоящее время в синергетике можно выделить различные направления и подходы. Школа Хакена, основателя синергетики, занимается анализом иерархии структур, их подчинения выделенным параметрам порядка. Школа И. Р. Пригожина исследует механизмы образования диссипативных структур. Нижегородская школа развивает идеи Мандельштама, т. е. проводит исследование динамического хаоса. Успешно развиваются и другие направления синергетики. Сегодня синергетика начинает активно использоваться при анализе явлений культуры, в социологии и политологии. Используя синергетику, современная наука проводит анализ возможных путей развития общественных систем и процессов, например, процесс развития демократии в России. Однако в данном случае можно только рассмотреть возможные пути развития, а какой путь выберет система предсказать невозможно, потому что это зависит от множества случайных факторов.

Синергетический подход дает возможность моделировать развитие науки и коммуникационных сетей, демографические кризисы и развитие человечества. Этот подход позволяет понять причины эволюционных кризисов, угрозы катастроф, надежности прогнозов и т. д.

2. Самоорганизация: структурные компоненты, свойства, характеристики.

 

1. Структурные компоненты самоорганизации.

 

Структурными компонентами, посредством которых осваивается информация, являются:

1.   механизм управления, представленный в том или ином виде и отвечающий за получение, оценку, переработку информации и формулирование информационной программы ответного действия.

2.   канал обратной связи.

2. Свойства самоорганизации.

 

К свойствам процесса самоорганизации относятся следующие:

1. самоорганизующаяся система  охраняет состояние термодинамического  равновесия.

2. негаэнропийный характер  самоорганизующейся системы обеспечивается  использованием информации.

3. самоорганизующаяся система  обладает функциональной активностью, выражающейся в противодействии  внешним силам.

4. самоорганизующаяся система  обладает выбором линии поведения.

5. целенаправленность действий.

6. гомеостаз и связанная  с ним адаптивность системы.

2.2.1. Механизм, обеспечивающий  организационный процесс.

 

Рассмотрим механизм, обеспечивающий организационный процесс. Пусть имеется некоторая система с направленным на нее внешним воздействием – вход системы. Вместе  с вещественно-энергетическим потоком в нее попадает информация, предоставляющая собой собственную упорядоченность того потока. Эта информация оценивается в особом блоке – механизме управления. Здесь же вырабатывается программа ответного действия. В результате система реагирует на воздействие извне. В выходном вещественно-энергетическом потоке также имеется информационная составляющая. Часть ее по каналу обратной связи поступает на вход системы и снова попадает в механизм оценки и переработки информации. В результате система получает сведения об эффективности ее ответной реакции и изменяет направление и интенсивность действия, если это нужно для самостабилизации.

Таким путем многократного самоконтроля системы, получившие название «самоорганизующиеся», настраиваются на внешние факторы, достигают равновесия с условиями среды существования и тем самым охраняют себя. 

3. Характеристики процесса самоорганизации.

 

Можно выделить три основные характеристики процесса самоорганизации:

· гомеостаз,

· обратная связь,

· информация.

1. Гомеостаз

 

Слово «гомеостаз» произошло от двух греческих слов: homois – подобный, одинаковый, сходный и stasis – неподвижность, состояние. Это относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма. Понятие «гомеостаз» применяют к биоценозам (сохранение постоянства видового состава и числа особей), в генетике, кибернетике. Таким образом, гомеостаз – это стремление живой системы сохранить стабильность своей организации, рода, популяции.

Гомеостаз присущ любому существу, любой живой системе. Стремление к гомеостазу – мощнейший фактор эволюции, открывает прямое влияние на интенсивность естественного отбора.

Разрушение организации живой системы означает ее гибель. Живое всегда стремится сохранить свою стабильность – это факт эмпирический. Но стремление к гомеостазу должно компенсироваться другими тенденциями, так как устойчивость, доведенная до предела, прекращает свое развитие.

2. Обратная связь.

 

Механизм обратной связи – это реакция системы на внешнее воздействие. Более точно можно сказать, что механизм обратной связи – это механизм, определяющий изменение состояния, являющийся реакцией на внешнее воздействие и определяющийся этой реакцией. 

Существуют отрицательные обратные связи, которые поддерживают гомеостаз, т.е. компенсируют внешнее воздействие, и положительные обратные связи, которые ухудшают стабильность системы.

Стремление к гомеостазу формирует механизмы не только отрицательных, но и положительных обратных связей, так как она компенсируется тенденцией разнообразия. Одна из таких тенденций порождается принципом минимума диссипации энергии (рассеяния энергии). Это является таким же эмпирическим обобщением, как и принцип сохранения гомеостаза.

Также живым системам свойственен метаболизм, т.е. обмен энергией и веществом с внешним миром (обмен веществ), без которого они существовать не могут. Одной из ведущей тенденций развития живых систем является стремление в наибольшей степени использовать энергию внешней среды. Это тоже является эмпирическим фактом: так же, как и стремление сохранить гомеостаз, живому свойственно стремление так изменить систему, направить эволюционный процесс в такую сторону, чтобы увеличить способность системы усваивать внешнюю энергию и вещество.

Таким образом, одной из особенностей любого из важнейших эволюционных процессов, протекающих в живом мире, является противоречие между тенденциями к стабильности, т.е. к сохранению гомеостаза, и укреплению отрицательных обратных связей, и тенденциями к поиску новых, более рациональных способов использования внешней энергии и вещества, т.е. к укреплению положительных обратных связей. Способы решения этих противоречий могут быть различными, и это обстоятельство ответственно за самые разнообразные организационные формы материального мира.

Распространена теория двойственной обратной связи, согласно которой обратная связь в природных системах представлена в двух формах: информационной и неинформационной. Считается, что неинформационный тип распространен в неживой природе, а информационный появляется, начиная с органического уровня материи. Организация систем в живом мире порождает совершенно иной, новый тип механизмов развития, неизвестный в неживой природе, содержащий механизмы обратной связи. Это и есть та главная особенность, которая отличает живое от неживого.

3. Информация.

 

Информация – это отраженная структура, воспроизводящая структуру оригинала. Растительный мир, животный мир, мыслящий человек и человеческое общество – это гигантская иерархия систем с информационной самоорганизацией.

Употребляя понятие «информация», важно помнить об этимологии этого понятия. В обычном, т.е. житейском, смысле оно означает сумму сведений, которые получает субъект – человек или группа людей, животных, - об окружающем мире, о самом себе, другом субъекте или изучаемом явлении, т.е. сведений, с помощью которых он может точнее прогнозировать результат своих действий и отбирать способы использования своих возможностей для обеспечения собственных интересов, достижения поставленной цели. В этой трактовке информации центральной фигурой оказывается человек, который использует полученные сведения по своему усмотрению.

Информация нужна субъекту для обеспечения возможности успеха некоторых целенаправленных действий. Качество информации зависит также от субъекта, его способности воспринимать и обрабатывать информацию. Качество оценивается прежде всего тем, насколько знания, получаемые о предмете или окружающей обстановке, помогают в принятии решения. Ценность и смысл информации полностью раскрываются только тогда, когда существует цель.

На развитие утвердившегося в широких кругах понимания смысла информации  и на развитие соответствующей теории информации оказали огромное влияние работы Н.Винера и К.Шеннона.

Теория информации – это раздел кибернетики, занимающийся методами описания, оценки, хранения, передачи и использования информации. Основное понятие теории информации – количество информации. В докибернетический период информацию связывали исключительно с человеческим сознанием. Две концепции информации существуют и в настоящее время:

· Информация свойственна обществу, живым системам, кибернетическим устройствам и не присуща живой природе.

· Информация присутствует во всех материальных системах.

Изменения, происходящие в системе в результате отражения или спонтанно, реализуются в форме вещественных или энергетических сигналов. Информация - это содержание сигнала, а значит, содержание отражения и изменения вообще.

Таким образом, можно говорить о двух видах информации:

· Информация как мера неоднородности распределения материи и энергии в пространстве и времени, мера разнообразий, мера изменений, которыми сопровождаются все протекающие в мире процессы.

· Информация как форма мышления, которое является высшим продуктом мозга.

Информация как степень упорядоченности системы внутренне присуща самой системе независимо от ее познания.

Информация и память.

Человеку в процессе своей жизнедеятельности в силу тех или иных причин приходится воспроизводить в принципе необратимый процесс, изучать его характеристики, сохранять о нем информацию и т.д.

Он использует для этого свою память. Память – это способность к воспроизведению прошлого опыта, это одно из основных свойств нервной системы, выражающееся в способности длительно хранить информацию о событиях внешнего мира и реакциях организма и многократно вводить ее в сферу сознания и поведения.

Понятие «память» тесно связано с понятием «информация». Говоря о памяти системы или организма, мы имеем в виду способность системы

· в той или иной степени сохранять свои параметры и делать доступной для исследователя возможность использования информации о ее прошлом,

· обеспечивать запись, хранение и передачу информации то одних поколений к другим.

Необходимость использования информации, ее накопления и хранения, т.е. памяти, возникает лишь на определенном этапе саморазвития материального мира. Развитие процессов формирования памяти началось одновременно с появлением жизни, шло разными путями. В результате важнейшего процесса самоорганизации возникает совершенно непохожая на другие формы памяти генетическая память. Она существовала уже у прокариотов, однако решающий шаг был сделан лишь в эпоху эукариотов.

Вместе с развитием памяти изменялись и способы использования информации. Ее значение и характер влияние на эволюционные процессы возрастают по мере усложнения организационных форм живого мира. Дальнейшее развитие материи и жизни требует более массивных объемов информации, новых непрерывно усложняющихся знаний.

Обретя разум, человек приобрел вместе не только новые возможности, но и новые трудности – трудности выбора действий. С одной стороны, вместе с интеллектом, он получил удивительную способность предвидеть результаты собственных действий и поступков, возможность создавать и использовать в собственных целях огромные массивы информации: они намного порядков выше тех, которые используют самые разумные животные. С другой стороны, эта информация раскрывает перед человеком сложную противоречивость окружающего мира, понимание которой приводит его в плен неопределенности.