Тема: Экологическое значение науки и техники: научный потенциал социальной экологии.
План.
1. Научно-техническая революция и осознание глобальной роли человечества.
1.1. Первая научная революция 17 в.
1.2. Вторая научная революция кон. 18 в. — 1 половина 19 в.
1.3. Третья научная революция кон. 19 в. — середина 20 в.
1.4. Четвертая научная революция 90-е годы 20 в.
2. Современный взгляд на экспериментальный метод
3. Тенденция экологизации науки.
4. Наука как целостная интегрированная гармоничная система.
5. Экологическое значение техники.
Нау́чно-техни́ческая револю́ция (НТР) — коренное качественное преобразование производительных сил на основе превращения науки в ведущий фактор производства, в результате которого происходит трансформация индустриального общества в постиндустриальное.
Черты НТР
Универсальность, всеохватность, задействование всех отраслей и сфер человеческой деятельности.
Чрезвычайное ускорение научно-технических преобразований: сокращение времени между открытием и внедрением в производство, постоянное устаревание и обновление. Повышение требований к уровню квалификации трудовых ресурсов: рост наукоемкости производства.
Военно-техническая революция: совершенствование видов вооружения и экипировки.
Составные части НТР
Наука: увеличение наукоемкости, повышение числа научных сотрудников и затрат на научные исследования
Техника: Технология: повышение эффективности производства. Функции: трудосберегающая, ресурсосберегающая, природоохранная.
Производство: электронизация, комплексная автоматизация, перестройка энергетического хозяйства, производство новых материалов, ускоренное развитие биотехнологии, космизация.
Управление: информатизация и кибернетический подход
Эпоха НТР наступила в 40—50-е годы. Именно тогда зародились и получили развитие ее главные направления: автоматизация производства, контроль и управление им на базе электроники; создание и применение новых конструкционных материалов и др. С появлением ракетно-космической техники началось освоение людьми околоземного космического пространства.
Для прогресса современной науки и техники характерно комплексное сочетание их, революционных и эволюционных изменений. Примечательно, что за два — три десятилетия многие начальные направления НТР из радикальных, постепенно превратились в обычные эволюционные формы совершенствования факторов производства и выпускаемых изделий. Новые крупные научные открытия и, изобретения 70—80-х годов породили второй, современный, этап НТР. Для него типичны несколько лидирующих направлений: электронизация, комплексная автоматизация, новые виды энергетики, технология изготовления новых материалов, биотехнология. Их развитие предопределяет облик производства в конце ХХ — начале ХХI вв.
Первая научная революция 17 в.
Связана с именами: Галилея, Кеплера, Ньютона.
Галилей (1564—1642): изучал проблему движения, открыл принцип инерции, закон свободного падение тел.
Кеплер (1571—1630): установил 3 закона движения планет вокруг Солнца (не объясняя причины движения планет), разработал теорию солнечных и лунных затмений, способы их предсказания, уточнил расстояние между Землей и Солнцем.
Ньютон (1643—1727): сформулировал понятия и законы классической механики, математически сформулировал закон всемирного тяготения, теоретически обосновал законы Кеплера о движении планет вокруг Солнца, создал небесную механику (Закон всемирного тяготения был незыблем до кон 19 в.), создал дифференциальное и интегральное исчисление как язык математического описания физической реальности, автор многих новых физических представлений (о сочетании корпускулярных и волновых представлений о природе света и т. д.), разработал новую парадигму исследования природы (метод принципов)- мысль и опыт, теория и эксперимент развиваются в единстве, разработал классическую механику как систему знаний о механическом движении тел, механика стала эталоном научной теории, сформулировал основные идеи, понятия, принципы механической картины мира.
Механическая картина мира Ньютона:
Вселенная от атомов до человека — совокупность неделимых и неизменных частиц, взаимосвязанных силами тяготения, мгновенное действие сил в пустом пространстве. Любые события предопределены законами классической механики. Мир, все тела построены из твердых, однородных, неизменных и неделимых корпускул — атомов. Основа механистической картины мира: движение атомов и тел в абсолютном пространстве с течением абсолютного времени. Свойства тел неизменны и независимы от самих тел. Природа — машина, части которой подчиняются жесткой детерминации. Синтез естественнонаучного знания на основе редукции (сведения) процессов и явлений к механическим.
Механическая картина мира дала естественно научное понимание многих явлений природы, освободив их от мифологических и религиозных схоластических толкований. Ее недостаток — исключение эволюции, пространство и время не связаны. Экспансия механической картины мира на новые области исследования (химия, биология, знания о человеке и обществе). Синонимом понятия науки стало понятие механики. Однако накапливались факты, не согласовывающиеся с механистической картиной мира и к середине 19 в. она утратила статус общенаучной.
Вторая научная революция кон. 18 в. — 1 половина 19 в.
Переход от классической науки, ориентированной на изучение механических и физических явлений, к дисциплинарно организованной науке.
Появление дисциплинарных наук и их специфических объектов.
Механистическая картина мира перестает быть общемировоззренческой.
Возникает идея развития (биология, геология).
Постепенный отказ эксплицировать любые научные теории в механистических терминах.
Начало возникновения парадигмы неклассической науки.
Максвелл и Больцман признавали принципиальную допустимость множества теоретических интерпретаций в физике, выражали сомнение в незыблемости законов мышления, их историчности.
Больцман: «как избежать того, чтобы образ теории не казался собственно бытием?»
Третья научная революция кон. 19 в. — середина 20 в.
Фарадей — понятия электромагнитного поля
Максвелл — электродинамика, статистическая физика
Материя — и как вещество и как электромагнитное поле
Электромагнитная картина мира, законы мироздания — законы электродинамики
Лайель — о медленном непрерывном изменении земной поверхности
Ламарк — целостная концепция эволюции живой природы
Шлейден, Шванн — теория клетки — о единстве происхождении и развития всего живого
Майер, Джоуль, Ленц — закон сохранения и превращения энергии — теплота, свет, электричество, магнетизм и тд переходят одна в другую и являются формами одного явления, эта энергия не возникает из ничего и не исчезает.
Дарвин — материальные факторы и причины эволюции — наследственность и изменчивость
Беккерель — радиоактивность
Рентген — Лучи
Томсон — элементарная частица электрон
Резерфорд — планетарная модель атома
Планк — квант действия и закон излучения
Бор — квантовая модель атома Резерфорда-Бора
Эйнштейн — общая теория относительности — связь между пространством и временем
Бройль - все материальные микрообъекты обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами (квантовая механика)
Зависимость знания от применяемых исследователем методов
Расширение идеи единства природы — попытка построить единую теорию всех взаимодействий
Принцип дополнительности — необходимость применять взаимоисключающие наборы классических понятий (например, частиц и волн), только совокупность взаимоисключающих понятий дает исчерпывающую информацию о явлениях. Это совершенно новый метод мышления, диктующий необходимость освобождения от традиционных методологических ограничений
Появление неклассического естествознания и соответствующего типа рациональности
Мышление изучает не объект, а то, как явилось наблюдателю взаимодействие объекта с прибором
Научное знание характеризует не действительность как она есть, а сконструированную чувствами и рассудком исследователя реальность
Тезис о непрозначности бытия — отсутствие идеальных моделей
Допущение истинности нескольких отличных друг от друга теорий одного и того же объекта
Относительная истинность теорий и картины природы
Четвертая научная революция 90-е годы 20 в.
Постнеклассическая наука — термин ввёл , в своей книге «Теоретическое знание».
Объекты ее изучения: исторически развивающиеся системы (земля, вселенная и т. д.)
Синергетика
Современный взгляд на экспериментальный метод
В науке Нового времени сформировался экспериментальный метод, нацеленный на то, чтобы выпытывать у природы ее тайны. Определяя задачи экспериментального исследования, Ф. Бэкон использовал понятие «inquisition» — расследование, мучение, пытка (ср. русское слово «естествоиспытатель»). С помощью научной «инквизиции» открывали законы природы.
Общепринято, что экспериментальный метод является наиболее важной чертой, отличающей науку Нового времени от, скажем, античной. Применение этого метода тесно связано с новым пониманием и отношением к природе, которого не было ни в античные времена, ни на Востоке. В Древнем Китае, например, медицина достигла больших успехов, которые поражают и сегодня, но развивалась она другими путями, чем на Западе, во многом по той причине, что вивисекция была запрещена.
В основе новоевропейской науки лежит определенная парадигма отношения к природе, которая сама зависела от успехов науки. Она определялась потребностями развития капиталистического общества, а именно: становлением товарного производства, классово обусловленного разделения труда, развитием техники и системы машин. Не было рабов, над которыми можно было господствовать, и в их роли выступила научно подчиняемая природа и создаваемая на ее основе техника.
Влияние христианства на науку проявилось в том, что, начиная с классической механики Ньютона, мир представал в виде некоего часового механизма, действующего по вечным неизменным законам. Вспомним крылатые слова Галилея, что книга природы написана языком математики. Поиски самодвижения, саморазвития мира были излишни, коль скоро есть Высшее Существо, которое раз и навсегда завело механизм природы. Человек не способен проникнуть в побуждения этого Существа, но может узнать строение часового механизма и посредством этого управлять им, что, по-видимому, достижимо, так как человек создан по образу и подобию Бога. Однако, узнав вечные законы, человек может взять на себя функции Бога, и надобность в последнем отпадает. Ученый присваивает себе таким образом божественные атрибуты.
Так формировалась научная картина мира, которая продержалась до XX века, и многие люди развитие мира так и представляют. Идет по непреложным вечным объективным законам, которые человек может использовать, но которые не в силах отменить. Есть картина, в которой нет места человеку, и есть сам человек, познавший законы природы. Такое понимание мира вызывало бесконечные споры о свободе воли человека.
Классическая наука воплотила в себе основную тему западной философии, ориентированную на господство человека над природой. Сам образ природы был функцией стремления к господству. Легче властвовать над тем и морально легче побеждать то, что не похоже на тебя, частью чего ты не являешься, с чем невозможен диалог, что пассивно подчиняется законам, которые ты можешь познать и использовать.
Положительное значение объективности научного знания в том смысле, что результатом исследования являются законы природы при исключении влияния на них человеческого фактора, общепризнано. Но обратной стороной объективности зачастую выступает безличный характер, который понимается как достоинство науки в ее сциентистской интерпретации. «Наука... стремится стать, насколько возможно, безличной и абстрагировавшейся от человека» (Б. Рассел). На эту обратную сторону научной объективности обращалось мало внимания, пока не выявились негативные экологические последствия такого подхода к изучению природы. Безличный характер науки частично ответственен за экологические трудности прежде всего потому, что человек становится одним из основных факторов изменения природной среды; исследования, не учитывающие человеческий фактор, оказываются неадекватно отражающими современную ситуацию.
Включение человеческого фактора в исследования — вещь далеко не тривиальная, оно значительно усложняет исследовательский процесс. Объект исследования, в который входит в качестве подсистемы социальная система, невозможно описать строго детерминистскими законами. Сложность в необходимости учета свободы выбора, которой обладает самое преобразующее природную среду общество. Увеличение возможностей науки в данной области предполагает, помимо всего прочего, существенное обогащение ее логического аппарата, развитие специфического инструментария, приспособленного к научному постижению экологической проблемы.
Современный человек распространил свое влияние с отдельных процессов, происходящих в природе, на их совокупности, тесно переплетенные между собой, затронув тем самым механизмы, явления перспектив преобразования нашей планеты в качестве равноправных партнеров.
Тенденция экологизации науки
Несмотря на то, что в самой структуре науки и в ее связях с другими общественными институтами заложены предпосылки экологических трудностей, что наука не обладает абсолютной истиной в последней инстанции, не может предсказать все последствия человеческой деятельности и реагирует на изменение ситуации с запаздыванием, она тем не менее является необходимым инструментом отражения человеком действительности в плане гармонизации его взаимоотношений с природной средой.
Наука предоставляет человеку самый надежный ресурс — информацию. Если в вещественно-энергетическом плане человек сталкивается с такими природными ограничениями, как закон сохранения вещества-энергии и 2-е начало термодинамики, то в информационном плане подобных ограничений нет. Информация в ее субъективном аспекте способствует росту знания человеком природы, в объективном же аспекте представляет собой один из ресурсов человечества, причем имеющий преимущества перед ресурсами вещественными и энергетическими. Энергия неизбежно рассеивается в процессе ее использования, вещество при своем разделении дробится, в то время как информация способна передаваться в идеале без потерь, создавая в данном аспекте огромные возможности. Накапливая информацию и передавая ее (и таким образом размножая), можно преодолевать вещественно-энергетические барьеры. Человечество, перерабатывая информацию, в состоянии противодействовать повышению энтропии системы. Наука, следовательно, обеспечивает возможность увеличить количество упорядоченности, извлекаемой человеком из природной среды, познание представляет собой, в частности, процесс выявления упорядоченности в природе.
Но роль современной науки и в информационно-энтропийном плане двойственна. Парадоксальность ситуации состоит в том, что научно-техническая информация, которая призвана оказывать негэнтропийное влияние на природную среду, на самом деле приводит к явно энтропийным последствиям. Приобретая информацию в процессе познания, человек использует ее вольно или невольно для увеличения энтропии природной среды.
Идеал науки как целостной интегративно-разнообразной гармоничной системы
Подчинение живого труда капиталу, осуществляющему власть над ним, облегчается с помощью системы машин, а для создания таковой требуется соответствующим образом организованная наука. Научный анализ и разделение труда являются источником и средством механизации производства. Все это преследует цель подчинения человека и природы.
Разделение наук как одно из направлений разделения труда ведет к чрезмерной специализации ученых. Общество продуцирует слой научных работников, который порой не видят ничего за пределами своей узкой специальности, частных дисциплин, на которые разбита наука.
Ныне часто отмечается, что нарастающая дифференциация тормозит прогресс науки, и это действительно так, хотя, с другой стороны, разве какое-либо научное открытие, даже и способствующее дифференциации, может быть во вред научному прогрессу? Ответ на этот вопрос требует предварительного определения того, что есть искомый прогресс.
Противоречие возникает в том случае, если прогрессом науки считать исследование отдельных сторон действительности в их обособленности. Насколько оправдан такой подход? Человек стремится познать мир в его целостности, и познание отдельных сторон действительности оправдано лишь постольку, поскольку учитывает значение данного фрагмента в функционировании целого. Истинное познание, стало быть, неразрывно связано с целостностью и интегративностью.
Можно выделить следующие основания интеграции знаний: онтологическое (единство мира), гносеологическое (единство человеческого сознания и законов мышления), методологическое (наличие общенаучных методов исследования), социальное (целостность человека). Последнее детерминирует необходимость гносеологического и методологического обеспечения интеграции знаний.
Особая актуальность интеграции знаний вызвана также тем, что интеграция выступает как способ повышения гибкости науки в условиях, когда изменения среды становятся все более масштабными и приводят ко все более ощутимым и многообразным последствиям.
Следует, впрочем, иметь в виду, что могут иметь место различные формы интеграции знаний. Интегративные процессы неразрывно связаны с дифференционными, однако часто интеграция или запаздывает или протекает в форме по преимуществу ненаучной.
Экологическое значение техники
Сущность техники, которую можно определить как форму материализации потенциала человека и природы во всем их многообразии, следует отличать от её реального современного содержания, т. е. совокупности потенций, которые получили реализацию. Техника выступает как средство становления сущностных сил человека и как способ подавления природы единым эксплуататором, который сам распадается на эксплуататоров и эксплуатируемых (последним тоже перепадает кое-что от всеобщей эксплуатации природы).
В настоящее время налицо обострение противоречий между созданной человеком техникой и природной средой. Выступая как средство обеспечения преобразовательных целей, техника способствует становлению производственно-потребительских потенций человека и влияет соответствующим образом на отношения к действительности, порождая стандартизацию мышления и вещизм. Возникает производство ради потребительства – ущербная цель, которая конечно тоже влияет на человека, но скорее негативным образом. Ощущения тягостности и неприемлемости растет с ростом масштабов и значимости техники. Одинаковость машин можно вынести, а однообразие знаний становится угнетающим, создавая психологический дискомфорт. В обострение противоречий между человеком и природной средой техника вносит внушительный вклад, поскольку, если раньше человек поневоле был вынужден приноравливаться к природной среде, не обладая достаточной силой для борьбы с ней, то ныне появилась возможность игнорировать многие ее особенности (ландшафт, разнообразие видов жизни и т. п.), и человек пользуется этим в ущерб природе и эстетике.
На современном этапе развития техники реализация цели приближения ее к природе и к ее исконному смыслу искусства представляется сомнительной. Иногда ссылаются на то, что современная техника не может удовлетворять экологическим и эстетическим требованиям, потому что функционирует с использованием типовых конструкций и в ней преобладают экономические соображения. Однако, и раньше экономические соображения учитывались и типовые конструкции применялись. Тем не менее на вопрос, какой высоты предполагается здание, строители отвечали: «Как мера и красота велят». Не правильнее ли считать, что экономические соображения должны гармонировать с экологическими и эстетическими, что, быть может, оптимально даже с точки зрения экономики.
Л. Толстой называл природу непосредственным выражением добра и красоты. Таковой должна быть и техника, чтобы придти в гармонию с природой. Реальный путь к этому — подлинное творчество как гармонизирующий фактор в человеке и в его отношении с природой. Как техника, чтобы стать средством гармонизации отношений человека и природы, должна вспомнить свое исконное значение искусства, идущее еще из античного мира, так и производство в целом (не только духовное, но и материальное) — значение «произведения» (роста). Создавать не вместо живой природы, а вместе с ней.
Обособленное от личности и природы развитие науки и техники привело к тому, что научно-технический прогресс стал пониматься в узком смысле как совокупность достижений науки и техники. Ясно, что такое понимание социально и экологически негативно, поскольку в этом случае прогрессом придется называть и изобретение новых видов оружия и технологическое уничтожение природной среды. Происходит незаметная, на первый взгляд, подмена. Когда говорят о научно-техническом прогрессе, подразумевают, как само собой разумеющееся, что он заведомо оказывает, благотворное влияние на человека и природу; результаты же часто бывают совершенно противоположными.
Каждое отдельное достижение науки и техники — несомненно, прогресс в данной отрасли знания и практики. Но будет ли оно прогрессом культуры в целом — это уже вопрос, так как оно может оказать негативное влияние на развитие общества. И тем более это вопрос по отношению к состоянию природы. Научно-технический прогресс тогда экологически полезен, когда его достижения находятся в гармонии с направлением эволюции и возможностями природы. Для того, чтобы сочетать научно-технический прогресс с социально-природным, необходимо следовать трем принципам внедрения достижений науки и техники.
1. Существует, как правило, не один, а несколько вариантов преобразования природы, из которых выбрать предстоит наилучший, в том числе с экологической точки зрения. Чтобы выбор был полноценным, следует проработать имеющиеся варианты с привлечением всего набора наличных средств (принцип альтернативности). Поэтому до осуществления любого проекта, влекущего за собой те или иные экологические последствия, требуется создание комплексных проектно-исследовательских групп, составленных из специалистов различного профиля и разрабатывающих альтернативы поставленных целей.
Работа таких организаций должна состоять не только в изучении положения в данном районе, но также в натурном и математическом моделировании будущих ситуаций. Данным организациям необходимо тесно сотрудничать между собой, и координация их работы должна осуществляться единым центром, в который поступала бы вся информация о состоянии системы «человек — природная среда» и в котором на основе моделей развития отдельных регионов строились бы глобальные модели.
2. Учитывая ограниченные возможности современных методов прогнозирования последствий воздействия человека на природу и растущий риск отрицательных экологических моментов, необходимо создавать крупные научно-технические полигоны, на которых в течение продолжительного времени (двух-трех поколений, чтобы последствия полностью обнаружили себя, ибо, по данным генетиков, они могут проявиться именно у последующих поколений) проверялись бы все новые научно-технические разработки, в том числе в области атомной энергетики, химизации и т. д. (принцип проверки). Эти своеобразные научно-технические заповедники должны быть удалены от мест скопления населения, и испытывать научно-технические инновации. Ученые должны на самих себе и на добровольцах, осведомленных о возможных последствиях.
Если бы последствия своих изобретений испытывали на себе сами ученые (настоящие, а не в кавычках физики и химики), наука, во-первых, вновь превратилась бы из выгодного бизнеса в довольно опасное предприятие, а во-вторых, в менее тяжелом положении была бы природная среда.
3. Решать же, внедрять ли широкую практику после всесторонней и продолжительной проверки достижения науки и техники. Должны сами люди, живущие в данном регионе, в обстановке полной экологической гласности (принцип референдума).
1. О СИНЕРГЕТИКЕ
Синергетика (от греч. synergetike - содружество, коллективное поведение) - наука, изучающая системы, состоящие из многих подсистем самой различной природы; наука о самоорганизации простых систем и превращения хаоса в порядок.
При этом под самоорганизацией понимается появление определенного порядка в однородной массе и последующего совершенствования и усложнения возникающей структуры, т. е. образование структуры происходит не за счет внешнего воздействия, а за счет внутренней перестройки.
Самоорганизация, по определению автора науки, немецкого физика Германа Хакена, - "спонтанное образование высокоупорядоченных структур из зародышей или даже из хаоса, спонтанный переход от неупорядоченного состояния к упорядоченному за счет совместного, кооперативного (синхронного) действия многих подсистем".
Синергетика родом из физических дисциплин - термодинамики, радиофизики. Но ее идеи носят междисциплинарный характер. Они как бы подводят базу под совершающийся в естествознании глобальный эволюционный синтез. Поэтому ученые в синергетике видят одну из важнейших составляющих современной научной картины мира.
Равновесная термодинамика занимается процессами взаимопревращения различных видов энергии. Ею установлено, что взаимные превращения тепла и работы неравнозначны. Работа может полностью превратиться в тепло трением или другими способами, а вот тепло полностью превратить в работу принципиально невозможно. Это означает, что во взаимопереходах одних видов энергии в другие существует выделенная самой природой направленность -"стрела оптимальности"!
Знаменитое второе начало термодинамики в формулировке немецкого физика Р. Клаузиуса звучит так: «Теплота не переходит самопроизвольно от холодного тела к более горячему».
Закон сохранения и превращения энергии (первое начало термодинамики) в принципе не запрещает такого перехода, лишь бы количество энергии сохранялось в прежнем объеме.
Но в реальности такого никогда не происходит. Вот эту-то односторонность, однонаправленность перераспределения энергии в замкнутых системах и подчеркивает второе начало. Для отражения этого процесса в термодинамику было введено новое понятие - энтропия. Под энтропией стали понимать меру беспорядка системы.
Поэтому более точная формулировка второго начала термодинамики приняла такой вид: «При самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает».
Физический смысл возрастания энтропии сводится к тому, что состоящая из некоторого множества частиц изолированная (с постоянной энергией) система стремится перейти в состояние с наименьшей упорядоченностью движения частиц. Это — наиболее простое состояние системы, или состояние термодинамического равновесия, при котором движение частиц хаотично.
Максимальная энтропия означает полное термодинамическое равновесие, что эквивалентно полному хаосу.
Общий итог достаточно печален: необратимая направленность процессов преобразования энергии в изолированных системах рано или поздно приведет к превращению всех видов энергии в тепловую, которая рассеется, т. е. в среднем равномерно распределится между всеми элементами системы, что и будет означать термодинамическое равновесие, или полный хаос.
Однако живая природа почему-то стремится прочь от термодинамического равновесия и хаоса. Такая явная «нестыковка» законов развития неживой и живой природы по меньшей мере удивляла.
Удивление это многократно возросло после замены модели стационарной Вселенной на модель развивающейся Вселенной, в которой ясно просматривалось нарастающее усложнение организации материальных объектов - от элементарных и субэлементарных частиц в первые мгновения после Большого взрыва до наблюдаемых ныне звездных и галактических систем.
Ведь если принцип возрастания энтропии столь универсален, как же могли возникнуть такие сложные структуры? Случайным «возмущением» в целом равновесной Вселенной их уже не объяснить. Стало ясно, что для сохранения непротиворечивости общей картины мира необходимо постулировать наличие у материи в целом не только разрушительной, но и созидательной тенденции. Материя способна осуществлять работу и против термодинамического равновесия, самоорганизовываться и самоусложняться.
Если с этим процессам сопоставить "стрелы оптимальности" эволюции Материи, то мы должны придти к осознанию того, что стрелы оптимальности могут иметь противоположное направление. Анализ подобных процессов в рамках Единого закона, на страницах сайта, полностью подтверждает справедливость этих слов.
Предназначение синергетики, как науки, и об этом явно говорит ее автор, заключается в том, чтобы определить основные принципы, как из хаоса вырастают высокоорганизованные системы. Так, Хакен в предисловии к своей книге "Синергетика", пишет: "Я назвал новую дисциплину синергетикой не только потому, что в ней исследуется совместное действие многих элементов систем, но и потому, что для нахождения общих принципов, управляющих самоорганизацией, необходимо кооперирование многих различных дисциплин". Общий смысл комплекса синергетических идей заключается в следующем :
Процессы разрушения и созидания, деградации и эволюции во Вселенной имеют объективный характер,
Процессы созидания (нарастания сложности и упорядоченности) имеют единый алгоритм, независимо от природы систем, в которых они осуществляются.
Новизна синергетического подхода заключается в следующем. Хаос выступает и как разрушитель, и как созидатель. Понятие "хаос" оказалось гораздо более глубоким, чем представлялось ранее. Поэтому наряду с понятием "хаос" появилось определение "беспорядок", как нарушенный порядок. Хаотическое состояние содержит в себе неопределенность - вероятность и случайность, которые описываются при помощи понятий информации и энтропии. Зародышем самоорганизации служит "вероятность" - упорядоченность возникает через флуктуации, устойчивость через неустойчивость.
Важная особенность такого определения - переход системы в новое устойчивое состояние неоднозначен. Достигшая критических параметров система из состояния сильной неустойчивости как бы «сваливается» в одно из многих возможных новых для нее устойчивых состояний. В этой точке (ее называют точкой бифуркации) эволюционный путь системы как бы разветвляется, и какая именно ветвь развития будет выбрана - решает случай! Но после того, как «выбор сделан», и система перешла в качественно новое устойчивое состояние - назад возврата нет. Процесс этот необратим.
Многие ученые - синергетики хорошо знают смысл слова бифуркация, но немногие догадываются о том, что это слово является ключевым для понимании смысла синергетики.
Бифуркация (лат. bis-дважды, furca - виды) - разделение, раздвоение, разветвление чего-либо на два потока, на два направления. Не на три, на четыре, ..., а именно на два!!
Таким образом, бифуркация прямо указывает на источник - закономерность двойственности (двойственные отношения -"Ян-Инь", "мужское-женское", ...., и т. д.), порождающей Единый закон эволюции двойственного отношения.
Это хорошо знакомое всем явление спонтанного перехода в более сложное состояние с позиций статистической механики совершенно необъяснимо. Ведь оно свидетельствует о том, что, например, миллиарды молекул жидкости как по команде начинают вести себя скоординированно, согласованно, хотя до этого пребывали в совершенно хаотическом движении. Создается впечатление, что каждая молекула «знает», что делают все остальные, и желает двигаться в общем строю. (Само слово «синергетика», кстати, как раз и означает «совместное действие».) Классические статистические законы здесь явно не работают, это явление иного порядка. Ведь даже если такая «правильная» и устойчиво «кооперативная» структура и образовалась бы случайно, что почти невероятно, то она тут же распалась бы. Но она не распадается при поддержании соответствующих условий (приток энергии извне), а устойчиво сохраняется. Значит, возникновение таких структур нарастающей сложности - не случайность, а закономерность.
Дополнительную информацию о свойствах точек бифуркации и о их взаимосвязи с эволюционными потоками ЯН_ИНЬ, можно получить на страницах "Потоки ЯН-Инь", "О хаосе" и других.
Считается, что для того, чтобы в системах шла самоорганизация, должны выполняться следующие необходимые условия и этапы эволюции.
а) Система должна быть открытой и находиться достаточно далеко от состояния, соответствующего
термодинамическому равновесию.
б) Необходимо, чтобы порядок возникал благодаря флуктуациям, которые сначала осуществляют, а затем усиливают его.
в) Важнейшим условием является наличие положительной обратной связи.
г) Необходимым условием считается и достижение системой некоторых критических размеров, способствующих
и усиливающих кооперативное поведение элементов системы.
Эти четыре условия характеризуют наиболее важные грани процесса самоорганизации.
Однако в настоящее время слово синергетика все еще напоминает скорее некий лозунг, или призыв, чем совокупность ясных научных идей, оформленных в стройную теорию.
Пожалуй, главная заслуга синергетика состоит в том, что она убедительно доказала, что линейный характер эволюции сложных систем, к которому привыкла классическая наука, не правило, а, скорее, исключение; развитие большинства таких систем носит нелинейный характер.
Этот вывод, видимо, и определит главное направление эволюции синергетики - изучение фазовых переходов систем из одного устойчивого состояния в другое, т. е. изучение трансформации неравновесных систем из одного состояния в другое. Это значит, что такие системы уже изначально имеют Замысел своего развития.
Из подобного вывод о смысле нелинейных процессов, исследуемых в рамках синергетики, отражает ее несколько курьезный характер. В силу определения синергетики "начальные условия" для "нелинейного функционала" на определены (Хаос). "Конечные условия" (Порядок) также являются неизвестными. В результате мы получаем множество "траекторий движения", исходящих из множества исходный точек и входящих во множество результирующих точек. Это означает, что выбор исходной и конечной точек "траектории движения" является в некотором роде "искусством. Синергетика определила только несколько видов граничных множеств (исходных и результирующих), которые в рамках синергетики носят гордое название аттракторы (О хаосе), которые определяют только сценарии, которым удовлетворяют некоторые множества траекторий движения.
Все это напоминает решение краевой задачи наоборот. В краевой задаче дается система дифференциальных уравнений и начальные условия движения. Только в этом случае однозначно определяется единственно верная траектория движения (материального тела, процесса и т. п.).
Начальные условия задают Замысел Порядка (конечные условия - конкретный Порядок). В синергетики краевая задача, выворачиваясь наизнанку, порождает линейный функционал, который отражает, в лучшем случае, некоторые аспекты функционирования аттракторов, порождающее "вероятностные" методы решения краевой задачи, когда у нее отсутствует "царь в голове" (Замысел траектории движения).
Введение в синергетику аттракторов определило только типы траекторий движения. С точки зрения решения краевой задачи определения траекторий движения, в небесной баллистике существует типизация видов "орбит движения" (круговая, элллиптическая, параболическая, гипеболическая).
Аттракторы, по образу и подобию, также отражают только четыре типа нелинейных "орбит движения":
Точечный Аттрактор;
Циклический (Круговой) Аттрактор;
Аттрактор Торас;
Странный Аттрактор.
Не кажется ли читателям странным факт совпадения числа типов орбит в космической баллистике и в синергетике? Может быть, следующий шаг в синергетике будет заключаться во взаимном увязывании четырех типов аттракторов в Единый аттрактор? В небесной баллистике все типы орбит взаимосвязаны через некоторые параметры движения. А в синергетике?
Порядок и Беспорядок.... Все системщики знают, что Беспорядок автоматизировать нельзя. Однако синергетики этот аспект имеют ввиду только как неявный, называя Хаос Псевдохаосом, но так и не определяя смысла этой фундаментальной категории синергетики.
Цель синергетики, как постулирует ее автор синергетики - найти совместно с другими науками принципы самоорганизации.
В милогии эти принципы уже давно проявлены, но "чистые" синергетики еще долго не смогут этого осознать.
2.
Синергетика (от греч. συν — «совместно» и греч. εργος — «действующий») — междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации систем (состоящих из подсистем). «...наука, занимающаяся изучением процессов самоорганизации и возникновения, поддержания, устойчивости и распада структур самой различной природы...»[1].
Синергетика изначально заявлялась как междисциплинарный подход, так как принципы, управляющие процессами самоорганизации, одни и те же безотносительно природы систем.
Основное понятие синергетики — определение структуры как состояния, возникающего в результате поведения многоэлементной или многофакторной среды, не демонстрирующей стремления к усреднению термодинамического типа.
В отдельных случаях образование структур имеет волновой характер и иногда называется ав
товолновыми процессами (по аналогии с автоколебаниями).
Возникновенение термина
Ч. Шеррингтон называл синергетическим, или интегративным, согласованное воздействие нервной системы (спинного мозга) при управлении мышечными движениями.
много работавший с ЭВМ, в 1964 году в своей книге «Нерешенные математические задачи» (М.: Наука) высоко оценил синергию — непрерывное сотрудничество между машиной и ее оператором, осуществляемого за счёт вывода информации на дисплей.
Поняв ограниченные возможности как аналитического, так и численного подхода к решению нелинейных задач, И. Забуский в 1967 году пришел к выводу о необходимости единого синергетического подхода, понимая под этим «...совместное использование обычного анализа и численной машинной математики для получения решений разумно поставленных вопросов математического и физического содержания системы уравнений»[2].
Определение термина «синергетика», близкое к современному пониманию, ввёл Герман Хакен в 1977 году в своей книге «Синергетика».
Область исследований синергетики до сих пор до конца не определена, так как предмет её интересов лежит среди различных дисциплин, а основные методы синергетики взяты из нелинейной неравновесной термодинамики. Существуют несколько школ, в рамках которых развивается синергетический подход:
Брюссельская школа Ильи Пригожина, в русле которой разрабатывалась теория диссипативных систем, раскрывались исторические предпосылки и мировоззренческие основания теории самоорганизации.
Хакена, профессора Института синергетики и теоретической физики в Штутгарте. Он объединил большую группу учёных вокруг шпрингеровской серии книг по синергетике, в рамках которой к настоящему времени увидели свет более 60 томов.
Математический аппарат теории катастроф для описания синергетических процессов разработан российским математиком и французским математиком Рене Тома.
В рамках школы академика и члена-корреспондента РАН разработана теория самоорганизации на базе математических моделей и вычислительного эксперимента (включая теорию развития в режиме с обострением). В России вклад в развитие синергетики внесли академик — идеи универсального эволюционизма и коэволюции человека и природ.
Синергетический подход в биофизике развивается в трудах членов-корреспондентов РАН М. В. и .
Синергетический подход в теоретической истории развивается в работах , , и др.
Постепенно предмет синергетики распределился между различными направлениями:
теория динамического хаоса исследует сверхсложную упорядоченность, напр. явление турбулентности;
теория детерминированного хаоса исследует хаотические явления, возникающие в результате детерминированных процессов (в отсутствие случайных шумов);
теория фракталов занимается изучением сложных самоподобных структур, часто возникающих в результате самоорганизации, процесс самоорганизации также может быть фрактальным;
теория катастроф исследует поведение самоорганизующихся систем в терминах бифуркация, аттрактор, неустойчивость;
лингвистическая синергетика и прогностика.
Синергетический подход в современном познании, основные принципы
Наука имеет дело с системами разных уровней организации, связь между ними осуществляется через хаос
Когда системы объединяются, целое не равно сумме частей
Общее для всех систем: спонтанное образование, изменения на макроскопическом уровне, возникновение новых качеств, этап самоорганизации. При переходе от неупорядоченного состояния к состоянию порядка все системы ведут себя одинаково
Неравновесность в системе является источником появления новой организации (порядка)
Системы всегда открыты и обмениваются энергией с внешней средой
Процессы локальной упорядоченности совершаются за счет притока энергии извне
В сильно неравновесных условиях системы начинают воспринимать те факторы, которые они бы не восприняли в более равновесном состоянии
В неравновесных условиях независимость элементов уступает место корпоративному поведению
Вдали от равновесия согласованность поведения элементов возрастает. В равновесии молекула видит только своих соседей, вдали равновесия – видит всю систему целиком. Примеры: костная материя - коммуникация посредством сигналов, работа головного мозга.
В условиях, далеких от равновесия, в системах действуют бифуркационные механизмы – наличие точек раздвоения продолжения развития. Варианты развития системы практически не предсказуемы.
Современная наука и синергетика объясняют процесс самоорганизации систем следующим образом.
Система должна быть открытой. Закрытая система в соответствии с законами термодинамики должна в конечном итоге прийти к состоянию с максимальной энтропией.
Открытая система должна быть достаточно далека от точки термодинамического равновесия. В точке равновесия система обладает максимальной энтропией и поэтому не способна к какой-либо организации: в этом состоянии достигается максимум ее самодезорганизации. В состоянии, близком к равновесию, система со временем приблизится к нему и придет в состояние полной дезорганизации.
Фундаментальным принципом самоорганизации служит возникновение и усиление порядка через флуктуации. Такие флуктуации, или случайные отклонения, системы от некоторого среднего положения, в самом начале подавляются и ликвидируются системой. Но в открытых системах благодаря усилению неравновесности эти отклонения со временем возрастают и в конце концов приводят к «расшатыванию» прежнего порядка и возникновению нового. Этот процесс обычно характеризуют как принцип образования порядка через флуктуации. Так как флуктуации носят случайный характер, то становится ясно, что появление нового в мире всегда связано с действием случайных факторов. Об этом говорили античные философы Эпикур (341-270 до н. э.) и Лукреций Кар (99-45 до н. э.)
Возникновение самоорганизации опирается на положительную обратную связь. Функционирование различных автоматических устройств основывается на принципе отрицательной обратной связи, т. е. на получение обратных сигналов от исполнительных органов относительно положения системы и последующей корректировки этого положения управляющими устройствами. В самоорганизующейся системе изменения, появляющиеся в системе, не устраняются, а накапливаются и усиливаются, что и приводит в конце концов к возникновению нового порядка и структуры.
Процессы самоорганизации, как и переходы от одних структур к другим, сопровождаются нарушением симметрии. Так, мы уже видели, что при описании необратимых процессов пришлось отказаться от симметрии времени, характерной для обратимых процессов в механике. Процессы самоорганизации, связанные с необратимыми изменениями, приводят к разрушению старых и возникновению новых структур.
Самоорганизация может начаться лишь в системах, обладающих достаточным количеством взаимодействующих между собой элементов, имеющих некоторые критические размеры. В противном случае эффекты от синергетического взаимодействия будут недостаточны для появления коллективного поведения элементов системы и тем самым возникновения самоорганизации.
