Самоорганизующиеся системы и их свойства


Характеристики самоорганизующихся систем

Итак, предметом синергетики являются сложные самоорганизую­щиеся системы. Один из основоположников синергетики Г. Хакен определяет понятие самоорганизующейся системы следующим обра­зом: «Мы называем систему самоорганизующейся, если она без спе­цифического воздействия извне обретает какую-то пространствен­ную, временную или функциональную структуру. Под специфичес­ким внешним воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру или функционирование. В случае же самооргани­зующихся систем испытывается извне неспецифическое воздейст­вие. Например, жидкость, подогреваемая снизу, совершенно равно­мерно обретает в результате самоорганизации макроструктуру, обра­зуя шестиугольные ячейки» *. Таким образом, современное естество­знание ищет пути теоретического моделирования самых сложных систем, которые присущи природе, — систем, способных к самоорга­низации, саморазвитию.

* Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к слож­ным системам. М., 1991. С. 28—29. См. также: Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М.. 1990; Пригожин И., Стенгерс И. Время. Хаос и Квант. М., 1994; и др.

Основные свойства самоорганизующихся систем — открытость, нелинейность, диссипативность. Теория самоорганизации имеет дело с открытыми, нелинейными диссипативными системами, далекими от равновесия.

Открытость

Объект изучения классической термодинамики — закрытые систе­мы, т.е. системы, которые не обмениваются со средой веществом, энергией и информацией. Напомним, что центральным понятием термодинамики является понятие энтропии. Оно относится к закры­тым системам, находящимся в тепловом равновесии, которое можно охарактеризовать температурой Т. Изменение энтропии определяет­ся формулой: dE= dQ_/T, где dQ — количество теплоты, обратимо под­веденное к системе или отведенное от нее (см. 8.1.2).

Именно по отношению к закрытым системам были сформулиро­ваны два начала термодинамики. В соответствии с первым началом, в закрытой системе энергия сохраняется, хотя и может приобретать различные формы. Второе начало термодинамики гласит, что в зам­кнутой системе энтропия не может убывать, а лишь возрастает до тех пор, пока не достигнет максимума. Согласно второму началу термодинамики, запас энергии во Вселенной иссякает, а вся Вселенная неизбежно приближается к «тепловой смерти». Ход событий во Все­ленной невозможно повернуть вспять, дабы воспрепятствовать воз­растанию энтропии. Сo временем способность Вселенной поддержи­вать организованные структуры ослабевает, и такие структуры распа­даются на менее организованные, которые в большей мере наделены случайными элементами. По мере того как иссякает запас энергии и возрастает энтропия, в системе нивелируются различия. Это значит, что Вселенную ждет все более однородное будущее.

Вместе с тем уже во второй половине XIX в. и особенно в XX в. биология, прежде всего теория эволюции Дарвина, убедительно по­казала, что эволюция Вселенной не приводит к понижению уровня организации и обеднению разнообразия форм материи. Скорее, на­оборот. История и эволюция Вселенной развивают ее в противопо­ложном направлении — от простого к сложному, от низших форм организации к высшим, от менее организованного к более организо­ванному. Иначе говоря, старея, Вселенная обретает все более слож­ную организацию. Попытки согласовать второе начало термодина­мики с выводами биологических и социальных наук долгое время были безуспешными. Классическая термодинамика не могла описы­вать закономерности открытых систем. И только с переходом естест­вознания к изучению открытых систем появилась такая возмож­ность.

Открытые системы — это такие системы, которые поддерживают­ся в определенном состоянии за счет непрерывного притока извне вещества, энергии или информации. Постоянный приток вещества, энергии или информации является необходимым условием существо­вания неравновесных состояний в противоположность замкнутым системам, неизбежно стремящимся (в соответствии со вторым началом термодинамики) к однородному равновесному состоянию. От­крытые системы — это системы необратимые; в них важным оказыва­ется фактор времени.

В открытых системах ключевую роль — наряду с закономерным и необходимым — могут играть случайные факторы, флуктуационные процессы. Иногда флуктуация может стать настолько сильной, что существовавшая организация разрушается.

Нелинейность

Но если большинство систем Вселенной носит открытый характер, то это значит, что во Вселенной доминируют не стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновесность. Неравновесность, в свою очередь, порождает избирательность системы, ее необычные реакции на внешние воздействия среды. Неравновесные системы имеют способность воспринимать различия во внешней среде и «учитывать» их в своем функционировании. Так, некоторые более слабые воздействия могут оказывать большее влияние на эволюцию систе­мы, чем воздействия, хотя и более сильные, но не адекватные собственным тенденциям системы. Иначе говоря, на нелинейные системы не распространяется принцип суперпозиции: здесь воз­можны ситуации, когда совместные действия причин А и В вызывают эффекты, которые не имеют ничего общего с результатами воздейст­вия А и В по отдельности.

Процессы, происходящие в нелинейных системах, часто носят пороговый характер — при плавном изменении внешних условий по­ведение системы изменяется скачком. Другими словами, в состояни­ях, далеких от равновесия, очень слабые возмущения могут усили­ваться до гигантских волн, разрушающих сложившуюся структуру и способствующих ее радикальному качественному изменению.

Нелинейные системы, являясь неравновесными и открытыми, сами создают и поддерживают неоднородности в среде. В таких усло­виях между системой и средой могут иногда создаваться отношения обратной положительной связи, т.е. система влияет на свою среду таким образом, что в среде вырабатываются некоторые условия, ко­торые в свою очередь обусловливают изменения в самой этой систе­ме (например, в ходе химической реакции или какого-то другого процесса вырабатывается фермент, присутствие которого стимули­рует производство его самого). Последствия такого рода взаимодей­ствия открытой системы и ее среды могут быть самыми неожиданны­ми и необычными.

Диссипативность

Открытые неравновесные системы, активно взаимодействующие с внешней средой, могут приобретать особое динамическое состоя­ние — диссипативность, которую можно определить как качественно своеобразное макроскопическое проявление процессов, протекаю­щих на микроуровне. Неравновесное протекание множества микро­процессов приобретает некоторую интегративную результирующую на макроуровне, которая качественно отличается оттого, что проис­ходит с каждым отдельным ее микроэлементом. Благодаря диссипативности в неравновесных системах могут спонтанно возникать новые типы структур, совершаться переходы от хаоса и беспорядка к порядку и организации, возникать новые динамические состояния материи.

Диссипативность проявляется в различных формах: в способнос­ти «забывать» детали некоторых внешних воздействий, в «естествен­ном отборе» среди множества микропроцессов, разрушающем то, что не отвечает общей тенденции развития; в когерентности (согла­сованности) микропроцессов, устанавливающей их некий общий темп развития, и др.

Понятие диссипативности тесно связано с понятием параметров порядка. Самоорганизующиеся системы — это обычно очень слож­ные открытые системы, которые характеризуются огромным числом степеней свободы. Однако далеко не все степени свободы системы одинаково важны для ее функционирования. С течением времени в системе выделяется небольшое количество ведущих, определяющих степеней свободы, к которым «подстраиваются» остальные. Такие основные степени свободы системы получили название параметров порядка.

В процессе самоорганизации возникает множество новых свойств и состояний. Очень важно, что обычно соотношения, связы­вающие параметры порядка, намного проще, чем математические модели, детально описывающие всю новую систему. Это связано с тем, что параметры порядка отражают содержание оснований нерав­новесной системы. Поэтому задача определения параметров поряд­ка — одна из важнейших при конкретном моделировании самоорга­низующихся систем.

Основные свойства самоорганизующихся систем

Открытые системы

Основным понятием термодинамики является понятие энтропии как меры способности теплоты к превращению. Энтропия характеризует меру внутренней неупорядоченности системы. Она свойственна изолированным, то есть закрытым системам, находящимся в тепловом равновесии с окружающей средой. По отношению к закрытым системам были сформулированы и два закона (начала) термодинамики.

Качественное отличие закрытой (замкнутой) системы от открытой в том, что в первой тоже может сохраняться неравновесная ситуация, однако до тех пор, покуда система за счет своих внутренних процессов не достигнет равновесия, при котором энтропия будет максимальной.

Иное дело в открытых системах, которые обмениваются энергией с окружающей средой. Здесь за счет прихода энергии извне могут возникать диссипативные структуры с гораздо меньшей энтропией. Иначе говоря, система, самоорганизуясь в новом стационарном состоянии, уменьшает свою энтропию, она как бы «сбрасывает» ее избыток, возрастающий за счет внутренних процессов, в окружающую среду.

В живых организмах это происходит за счет дыхания, экскреции.

Открытая система как бы «питается» отрицательной энтропией (негэнтропией), выбрасывая наружу положительную. При этом возникают новые устойчивые неравновесные, но близкие к равновесию состояния. При таком неравновесии рассеивание энергии минимально и интенсивность роста энтропии оказывается меньше, чем в других близких состояниях.

Здесь имеет место принцип производства минимума энтропии. Открытые системы – это необратимые системы. Для них весьма важен фактор времени.

Принцип производства минимума энтропии

В энергетических процессах открытых систем имеет место принцип Пригожина—Гленсдорфа – принцип производства минимума энтропии.

Здесь под производством энтропии понимают отношение изменения энтропии dS к единице объема системы. Производством энтропии по этому принципу можно определить степень упорядоченности.

Как известно, изменение энтропии выражается уравнением

dS = dSi + dSe,

где dS – полное изменение энтропии в системе; dSi – изменение энтропии, связанное с происходящими внутренними необратимыми процессами в системе; dSe – энтропия, перенесенная из внешней среды через границы системы.

Из уравнения следует, что в изолированной системе энтропия dSe равна нулю, а внутренняя энтропия dSi > 0, так как dSe может компенсировать dSi, произведенную внутри системы, или быть больше ее.

Из этого следует, что dSe < 0. Таким образом, энтропия в систему не поступает, а только может из нее выводиться. Условие dS =0 означает стационарное состояние, а dS < 0 – усложнение и рост системы. Изменение энтропии при этом соответствует соотношению dSe < dSi. Соотношение показывает, что энтропия, обусловливаемая необратимыми процессами внутри системы, выносится в окружающую среду.

Свой принцип И.

Пригожин и П. Гленсдорф выразили следующим образом: при неравновесных фазовых переходах, что соответствует точкам бифуркации, через которые проходит процесс самоорганизации, система движется по пути, соответствующему меньшему значению производства энтропии. Значит, чем меньше производство энтропии, тем более организованна система. В этом главный смысл процесса самоорганизации, то есть в создании определенных структур из хаоса неупорядоченного состояния.

Открытые системы будто бы структурируют энергию окружающей их среды, причем упорядоченная часть энергии остается внутри системы, а неупорядоченная энергия сбрасывается системой обратно в окружающую среду.

Таким образом, неравновесный термодинамический процесс создает условия для состояния, когда приток энергии извне не только компенсирует (гасит) рост энтропии, но и снижает ее количество.

Нелинейные системы (нелинейность)

Открытый характер большинства природных систем указывает на то, что в мире должны доминировать не равновесие и стабильность, а неустойчивость и неравновесность.

Сама неравновесность порождает избирательность системы, ее специфические реакции на воздействия внешней среды. Тесная связь со средой отражается на функционировании систем; они как бы приспосабливаются к внешним условиям. Например, слабые воздействия среды могут оказывать большее влияние на эволюцию системы, чем более сильные, но не гармонирующие с тенденцией развития системы. Отсюда следует, что на нелинейные системы не распространяется принцип суперпозиции, то есть когда действие двух факторов на ситуацию вызывает эффект, который не имеет ничего общего с результатами отдельного действия каждого фактора.

В нелинейных системах развитие идет по нелинейным законам, приводящим к многовариантности путей выбора и альтернатив выхода из состояния неустойчивости.

В нелинейных системах процессы могут носить резко пороговый характер, когда при постепенном изменении внешних условий наблюдается скачкообразный их переход в другое качество.

При этом старые структуры разрушаются, переходя к качественно новым структурам.

Неравновесные, открытые нелинейные системы постоянно создают и поддерживают неоднородность в среде. Здесь между средой и системой могут создаваться отношения положительной обратной связи, которые еще более усиливают отклонения системы от равновесия. В результате такого взаимодействия открытой системы со средой могут наблюдаться самые неожиданные последствия.

Среди систем сегодня особе место занимают динамические самоорганизующиеся системы, проблема самоорганизации материальных систем — одна из центральных проблем науки. Самоорганизующиеся системы — это открытые системы, они свободно обмениваются с внешней средой энергией, веществом и информацией. Одной из основных особенностей самоорганизующихся систем является способность противостоять энтропийным тенденциям, способность адаптироваться к изменяющимся условиям, преобразуя при необходимости свою структуру.

Существуют два основных подхода к самоорганизации: кибернетический подход, при котором система организуется под действием управляющего органа; синергетический — система сама, с помощью совокупности неких управляющих параметров «запускает» процесс самоорганизации, система сама, без управляющего органа, выбирает путь своего развития к более высокой организации.

Синергетика — междисциплинарное направление научных исследований, возникшее в начале 70-х гг.

и ставящее в качестве своей основной задачи познание общих закономерностей и принципов, лежащих в основе процессов самоорганизации в системах самой разной природы: физических, химических, биологических, технических, экономических, социальных. Типы объектов, которые могут быть названы самоорганизующимися, весьма различны; примерами их являются живая клетка, организм, биологическая популяция, человеческое общество.

Под самоорганизацией в синергетике понимаются процессы возникновения макроскопически упорядоченных пространственно-временных структур в сложных нелинейных системах, находящихся в далеких от равновесия состояниях, вблизи особых критических точек — точек бифуркации, в окрестности которых поведение системы становится неустойчивым.

Последнее означает, что в этих точках система под влиянием самых незначительных воздействий (флуктуаций) может резко изменить свое состояние. Этот переход часто характеризуют как возникновение порядка из хаоса.

Одновременно происходит переосмысление концепции хаоса, вводится понятие динамического (или детерминированного) хаоса как некой сверхсложной упорядоченности, существующей неявно, потенциально, и могущей проявиться в огромном многообразии упорядоченных структур.

Синергетика предполагает качественно иную картину мира не только по сравнению с той, которая лежала в основании классической науки, но и той, которую принято называть квантово-релятивистской картиной неклассического естествознания первой половины 20 в.

Происходит отказ от образа мира как построенного из элементарных частиц — кирпичиков материи — в пользу картины мира как совокупности нелинейных процессов. Синергетика внутренне плюралистична, она включает в себя многообразие подходов, формулировок. Наиболее известная из них — теория диссипативных структур, связанная с именем И.

Пригожина, и концепция немецкого физика Г Хакена, от которого идет само название “синергетика”.

Ключевые идеи синергетики можно экстраполировать на общество, являющееся именно самоорганизующейся системой. Социально-экономические системы — открытые, динамические, неравновесные системы, что спонтанно обеспечивает развитие эффекта самоорганизации и самоуправления.

К тому же процесс самоорганизации приобретает значительно большие возможности благодаря появлению таких феноменов, как целеполагание и управление. Кибернетический аспект управления экономической системой предполагает переработку социально-экономической информации, принятие решений о воздействии на систему и реализацию этих решений.

Таким образом, в них самоорганизация дополняется организацией, так как в обществе действуют люди, одаренные сознанием, ставящие себе определенные цели, руководствующиеся мотивами своего поведения и ценностными ориентирами. Поэтому взаимодействие самоорганизации и организации, случайного и необходимого составляет основу развития социальных систем.

Дата добавления: 2013-12-13; Просмотров: 665; Нарушение авторских прав?;

Читайте также:



Обратная связь

ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение

Как определить диапазон голоса — ваш вокал

Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими

Целительная привычка

Как самому избавиться от обидчивости

Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам

Тренинг уверенности в себе

Вкуснейший «Салат из свеклы с чесноком»

Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие?

Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

Как научиться брать на себя ответственность

Зачем нужны границы в отношениях с детьми?

Световозвращающие элементы на детской одежде

Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Как слышать голос Бога

Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)

Глава 3.

Завет мужчины с женщиной

Оси и плоскости тела человека — Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков — Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) — В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Самоорганизация.

Общая характеристика процесса самоорганизация.

II. Системные свойства организации. (22.02.13)

Представление организации как системы позволяет выделить ряд присущих ей общих свойств.

К этим свойствам относятся: целостность, эмерджентность, гомеомтазис.

Любую организацию можно рассматривать как интегрированное целое, в котором каждый структурный элемент занимает строго определенное место.

Понятие целостности (связности, единства целого) неразрывно связано с понятием эмерджентности.

Эмерджентностью называется наличие качественно новых свойств целого, отсутствующего у его составных частей.

Организация, будучи целостным системным образованием, обладает свойством устойчивости, т.е.

всегда стремится восстановить нарушенное равновесие, компенсируя возникающее под влиянием внешних факторов изменения.

Указанное явление носит называние гомеомтазис.

III. Организация и управление

В организациях различного уровня можно выделить управляющую (субъект) и управляемую (объект) части, а также систему связей между ними, которые в целом нередко называют «система управления».

Управляющая и управляемая системы организации

Связь в системе управления – это то, что объединяет объект и субъект управления в единое целое.

Ее следует рассматривать как источник информации для выработки управляющего воздействия.

Через каналы связи движутся потоки информации, запитывающие все подсистемы организации и обеспечивающие достижение ее целей.

Понятие организация и управление соотносятся между собой, во-первых, управление, а именно управляющая система уже сама по себе организация, некое единое упорядоченное целое, состоящее из различных элементов, складывающихся определенным образом в сформировавшуюся структуру.

Эта структура полностью обладает системными свойствами организации. Во-вторых, управление можно рассматривать как часть организации, выполняющую особую функцию по поддержанию в допустимых пределах отклонений системы от заданных целей. В-третьих, организация как процесс по упорядочению в организованных системах выступает в виде функций управления и с этой точки зрения является составной частью управления.

Подходы к изучению проблем организации

Организация как целостное явление может быть раскрыта лишь тогда, когда будет исследоваться нами в междисциплинарном аспекте, важнейшей особенностью которого является комплексный подход к изучаемому объекту.

Системный подход при исследовании свойств организации позволяет установить ее целостность, системность и организованность.

Структура как внутренняя организация системы отражение ее внутреннего содержания выявляется как упорядоченность взаимосвязей ее частей, что в конечном итоге позволяет выразить ряд существенных сторон организации как системы.

Но для познания сущности организации надо знать не только, как она внутренне устроена, но и то, как она функционирует, т.е. раскрыть ее поведение, это можно сделать с помощью функционального подхода.

Функциональный подход дает возможность изучить проявление целенаправленности и активность деятельности организации, ее функции по отношению к системе более высокого уровня, взаимодействие рассматриваемой системы с другими объектами системного и несистемного порядка, зависимость между отдельными компонентами данной системы.

Системно-исторический подход предполагает рассмотрение любой организации во времени.

Применение принципа историзма в исследовании организации позволяет проследить историю зарождения этих систем, выявить источники и предпосылки их возникновения, этапы развития, причины усложнения и расширения функций, структуры, перехода из одного качественного состояния в другое, выявить закономерности развития в будущем.

Самоорганизация.

Общая характеристика процесса самоорганизация.

Процессы организации могут быть условно разделены на самоорганизуемое и смешанное.

Самоорганизуемые процессы – это те процессы, которые совершаются сами по себе, благодаря взаимодействию тех или иных факторов в то время как организуемые кто-то или что-то осуществляет, направляет как бы волевым порядком.

Процессы самоорганизации — это процессы, в ходе которых что-то образуется, самовоспроизводится и самосовершенствуется.

Отличительной их особенности является целенаправленный, но вместе с тем естественный спонтанный характер. Эти процессы протекают при взаимодействии с окружающей средой, в той или иной мере автономны, относительно независимы от нее.

Для описания самоорганизации используется Дарвиновская триада: изменчивость, наследственность, отбор.

В основе изменчивости лежат факторы стохастики и неопределенности.

Изменчивость проявляется по-разному на всех этапах развития, одним из ее проявлений являются механизмы кооперативности, т.е.

объединения элементов в новые системы или подсистемы.

Наследственность выражает то, что настоящее и будущее любого элемента не определяется, а зависит от прошлого. Степень зависимости от прошлого может быть разной и называется памятью системы.

Изменчивость создает поле возможностей развития той или иной системы, наследственность ограничивает это поле, а отбор выбранного реализуемого варианта развития определяется, прежде всего, правилами или принципами среди которых и законы сохранения.

Основной характеристикой самоорганизации любой системы, ее эволюции является необратимость, выражающаяся в саморазвитии систем и их определенной направленности.

Кооперативные процессы как результат самоорганизации, как и формирование, и развитие новых структур является результатом действия случайных факторов. Началом любого развития служат случайные изменения, которые постепенно приводят к неустойчивости системы. Рынок в экономическом смысле это частный случай того рынка, который является естественным средством сопоставления качества различных форм организации, их отбраковки и основным фактором, определяющим развитие. Рынок – результат процесса самоорганизации, главное свойство которого поддерживать состояние условного равновесия и определенного порядка систем.

Вам также может понравиться

Об авторе admin

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *