Механизм самоорганизации сложных систем.

Синергетике удалось выявить сущность механизма самоорганизации сложных систем, которую наглядно демонстрируют описанные явления.

  • • Каждая открытая система в процессе взаимодействия с окружающей средой подвергается некоторым флуктуациям (незначительным изменениям).
  • • Эти флуктуации усиливаются под воздействием энергии или веществ, поступающих из окружающей систему среды. В результате «старые» связи между элементами (подсистемами) открытой системы расшатываются.
  • • Итогом становится возникновение неустойчивости. Со временем она усиливается, и при достижении некоторого критического значения макроскопическое состояние системы резко изменяется. Между компонентами системы возникает новое — кооперативное (синергетическое) — взаимодействие, и эти компоненты начинают действовать взаимно согласованно. Энтропия, которая при этом возникает в системе, диссипируется (от лат. dissipatio — рассеяние) — рассеивается в окружающей среде.

Сформировалось несколько исследовательских программ в рамках синергетики. В научной школе основоположника синергетики Г. Хакена в качестве основного объекта исследования анализируется структура как состояние, возникающее в результате согласованного поведения (кооперативных процессов) большого числа частиц. В научной бельгийской школе И. Р. Пригожина основным объектом исследования выступают диссипативные структуры. Такое название они получили потому, что образуются за счет рассеяния использованной («деградированной») энергии и вещества в окружающую среду.

Таким образом, основная идея синергетики заключается в том, что сложные системы качественно меняют свое макроскопическое состояние в результате изменений, происходящих на микроуровне. Изменения микро- [1]

уровня можно рассматривать как количественные изменения, описываемые управляющим параметром системы. При критическом значении этого параметра система переходит в новое макроскопическое состояние. Так, в опыте Бенара управляющим параметром является градиент температуры подогреваемой жидкости, в реакции Белоусова — Жаботинского - концентрация химических веществ, в лазере — напряженность электромагнитного поля внутри лазера. Изменяя управляющий параметр, можно достичь критического значения, когда система резко и спонтанно переходит в качественно новое состояние.

В цикле развития открытых систем в процессе нарастания сложности и упорядоченности синергетика выделяет существенно отличающиеся периоды.

  • 1. Период эволюционного развития, достаточно плавного, имеющего линейный характер, а потому до определенного предела изменения системы достаточно предсказуем. Однако в итоге такого развития система подходит к точке бифуркации — критическому состоянию с максимальной неустойчивостью. Поскольку система весьма неустойчива, то она оказывается чувствительной к самым малым случайным флуктуациям.
  • 2. Одномоментный, скачкообразный выход из точки бифуркации в одно из возможных новых устойчивых состояний с новым характером сложности и организованности (упорядоченности). Такое состояние называют аттрактором.

Важно подчеркнуть, что переход системы в новое устойчивое состояние непредсказуем[2], потому что выход из точки бифуркации может происходить разными способами в зависимости от случайных внешних воздействий: система как бы «выбирает» один из возможных путей развития. Часто говорят: «система сваливается в аттрактор», и этот выбор определяется случайным образом. Однако после перехода системы в качественно новое устойчивое состояние обратный переход оказывается невозможным: развитие открытых сложных систем необратимо.

Таким образом, любое случайное возмущение становится условием выбора, а затем система становится устойчивой, и процесс повторяется. В реальных системах может происходить череда бифуркаций, но остается принцип, указанный применительно к ячейкам Бенара: за бифуркацией следует порядок.

  • [1] Жаботинский Л. М. Концентрационные автоколебания. М.: Наука, 1974. С. 152.
  • [2] 2 Непредсказуемость здесь рассматривается не в том смысле, что никогда нельзя выявить возможные варианты (аттракторы) дальнейшего развития системы, а в том смысле, чтонепредсказуемым является конкретный выбор одного из путей.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >