теорія самоорганізації

Сама ж ідея глобального еволюціонізму стає і регулятивним принципом: з одного боку він дає уявлення про світ як про цілісність, дозволяє осмислювати загальні закони буття в їх єдності, а з іншого - орієнтує сучасне природознавство на виявлення конкретних закономірностей глобальної еволюції матерії на всіх її структурних рівнях , на всіх етапах її самоорганізації [1, с. 429].

У сучасному суспільстві особливо зросла роль нових наукових напрямів. Нові інформаційні технології та засоби обчислювальної техніки, досягнення генної інженерії і біотехнології змінюють матеріальний стан цивілізації і уклад нашого життя. Радикально змінюється і сама система наукового пізнання - людина завжди прагнула збагнути природу складного, зараз горизонт наукового пізнання розширився до неймовірних розмірів і наука вийшла на рівень вивчення процесів, які відбуваються за час 10 -23 с і відстанях 10 -15 см, а на іншому кінці (космологія і астрофізика) вивчають процеси, що відбуваються за протягом 10 18 с і на відстанях 10 28 см (вік і радіус Всесвіту). У Всесвіті більшість реальних об'єктів розглядаються як відкриті системи - це значить, що вони обмінюються енергією, речовиною та інформацією з навколишнім середовищем.

Зараз ідеї глобальної еволюції, рушійні сили еволюції будь об'єктів нашого світу претендує описати новий науковий напрям (що з'явилося в 70-х рр. XX ст.) - синергетика (в пер. З древнегреч. - сприяння, співучасть). Початок нової дисципліни - синергетики, поклало виступ Германа Хакена в 1973 р на першій конференції, присвяченій проблемам самоорганізації. Самоорганізація мислиться як глобальний еволюційний процес.

Синергетика розглядається як теорія складних систем, що самоорганізуються, як нове міждисциплінарний дослідження, що є по суті науковим кордоном сучасного природознавства.

Синергетика - виявилася затребуваною в сучасному природознавстві для обгрунтування тенденції, що намітилася глобального еволюційного синтезу всіх

природничо-наукових дисциплін, яку стримує

процесів деградації та розвитку в живій і неживій природі.

З'явилася ж синергетика як результат досліджень в області нелінійного (вище другого порядку) математичного моделювання складних відкритих систем. Нелінійним відкритим системам властива самоорганізації або самоусложненію, вони набагато багатше закритих, лінійних систем. Саме синергетика відкриває для точного, кількісного математичного дослідження такі сторони світу, як його нестабільність, різноманіття шляхів зміни і розвитку, дозволяє моделювати катастрофічні ситуації і т.п.

Методами синергетики було здійснено моделювання багатьох складних систем, що самоорганізуються: наприклад, від молекулярної фізики і автоколивальних процесів в хімії до еволюції і космологічних процесів.

Основне питання синергетики - чи існують загальні закономірності, що управляють виникненням самоорганізованих систем, їх структур і функцій. Один з основоположників синергетики Г. Хакен визначає поняття самоорганізується системи наступним чином: «Ми називаємо систему самоорганізується, якщо вона без специфічного впливу ззовні знаходить якусь просторову, тимчасову або функціональну структуру. Під специфічним зовнішнім впливом ми розуміємо таке, яке нав'язує системі структуру або функціонування. У разі ж, що самоорганізуються випробовується ззовні неспецифічне вплив .... ».

Основні властивості систем, що самоорганізуються - відкритість, нелінійність, диссипативность (від латинського - dissipatio - розганяти; розсіювати вільну енергію).

Відкриті системи - це незворотні системи з факторами часу, випадковості, закономірних і флуктуаційних процесів, які підтримуються в певному стані за рахунок безперервного припливу ззовні речовини, енергії та інформації, необхідної для існування нерівноважних систем, неминуче прагнуть до однорідного рівноважного стану.

Нелінійні системи - це нерівноважні системи з виборчим характером реакції на зовнішні впливи середовища, зі здатністю активно сприймати відмінності в зовнішньому середовищі і «враховувати» їх у своєму функціонуванні на основі позитивного зворотного зв'язку і стрибкоподібним характером поведінки, що призводить до радикального якісної зміни системи.

Дисипативні системи - це такі відкриті системи, за якими розсіюються обурення, і в яких при великих відхиленнях від рівноваги виникають впорядковані стану; це системи з незвичайною чутливістю до всіляких впливів і в зв'язку з цим сильно нерівноважні; це особливе динамічний стан нерівноважної системи з певним параметром порядку, що полягає в своєрідному макроскопічному прояві процесів, що протікають на мікрорівні, з явно вираженим якісною відмінністю від того, що відбувається з кожним окремим її мікроелементом і завдяки чому, можуть спонтанно виникати нові типи структур, відбуватися переходи від хаосу і безладу до порядку і організації, виникати нові динамічні стану матерії.

Таким чином, диссипация як процес загасання руху, розсіювання енергії, інформації грає конструктивну роль в утворенні структур у відкритих системах і в більшості випадків реалізується як перехід надлишкової енергії в тепло, але для нелінійних систем з диссипацией практично неможливо передбачити конкретний шлях розвитку такої системи, так як реальні початкові умови ніколи не можуть бути задані точно, а точки біфуркації навіть при малих збуреннях можуть сильно змінити хід подій.

Головна ідея синергетики - це ідея про принципову можливість спонтанного виникнення порядку і організації з безладдя та хаосу в результаті процесу самоорганізації. Вона доводить, що навіть в «неживої» або неорганічної природи існують класи систем, здатних до самоорганізації. Мовою математики і фізики - історія розвитку природи - це історія освіти все більш і більш складних нелінійних, відкритих і дисипативних систем.

Закриті та відкриті макросистеми. Еволюціонізм «принципу зростання ентропії»

У класичній науці (XIX ст.) Панувало переконання, що матерії, від початку властива тенденція до руйнування будь-якої впорядкованості, прагнення до вихідного рівноваги, що в енергетичному сенсі і означало невпорядкованість, тобто хаос. Заслуга в утвердженні цього переконання належить рівноважної динаміці - однієї з класичних фізичних теорій. Саме вона своїм другим початком (законом) термодинаміки виділяє однобічність, односпрямованість перерозподілу енергії в замкнутих системах. Суть закону розкривається в формулюванні німецького фізика-теоретика Рудольфа Клаузіуса: «Теплота не переходить мимовільно (сама по собі) від більш холодного тіла до більш теплого».

Для відображення цього процесу в термодинаміку їм же вводиться нове поняття - ентропія (1865) - з грец. - поворот, перетворення, і встановлює її важливу особливість: в замкнутій системі ентропія або залишається незмінною в разі оборотних процесів, або зростає в разі незворотних процесів.

В еволюційному ж розумінні, ентропія характеризує міру безладдя системи, а тенденція до руйнування будь-якої впорядкованості виражається принципом зростання ентропії. У зв'язку з цим максимального значення ентропії має відповідати повне термодинамічна рівновага, що еквівалентно повного хаосу.

Точне формулювання другого початку термодинаміки виражається через поняття ентропії: «При мимовільних процесах в системах, що мають постійну енергію, ентропіявсегдавозрастает».

Другий закон встановлює закон зростання ентропії в системі, що не обмінюється з зовнішнім світом ні енергією, ні речовиною, висловлює збільшення молекулярного хаосу до тих пір, поки система не досягне термодинамічної рівноваги Ентропія дозволяє відрізняти, в разі ізольованих систем, оборотні процеси (ентропія максимальна і постійна ) від незворотних (ентропія зростає). Л.Больцман (1844 - 1906) і М. Планк (1858 - 1947) сформулювали один з найважливіших законів природи, що зв'язує ентропію S і ймовірність стану W системи:

k - постійна Больцмана. Закон математично ілюструє, що чим більш імовірно стан системи (тобто чим ближче W до одиниці), тим більше ентропія.

Саме протиріччя між другим початком термодинаміки і прикладами високоорганізованого навколишнього нас світу була дозволена з появою більше п'ятдесяти років тому і подальшим природним розвитком нелінійної нерівноважної термодинаміки відкритих систем. Великий внесок у становлення цієї нової науки внесли І.Р. Пригожин (бельгійський фізик українського походження Ілля Романович Пригожин за роботи в цій галузі в 1977 році був удостоєний Нобелівської премії), П. Гленсдорф, Герман Хакен.

Необоротна спрямованість процесів перетворення енергії в ізольованих, замкнутих системах рано чи пізно призводить до перетворення всіх видів енергії в теплову, яка розсіється, тобто в середньому рівномірно розподілиться між усіма

елементами системи, що і буде означати термодинамічна рівновага, або повний хаос.

Якщо наш Всесвіт замкнута, то її згідно з другим законом рівноважної термодинаміки чекає доля повного хаосу, саме до такого помилкового висновку про так званої «теплової смерті» Всесвіту прийшов Р.Клаузиус, коли спробував поширити принцип зростання ентропії на таку Всесвіт.

Але дарвінівська теорія еволюції першої засвідчила - жива природа чомусь не прагне в стан термодинамічної рівноваги і тим більше хаосу. Виникла явна нестиковка в новому науковому розумінні неживої і живої природи.

І тільки при заміні моделі стаціонарної (замкнутої) Всесвіту на модель розвивається (розширюється) Всесвіту з наростаючим ускладненням організації матеріальних об'єктів - від елементарних і субелементарних частинок на початку Великого вибуху до спостережуваних зараз зоряних систем, наука для збереження несуперечливої ​​картини світу запостуліровала наявність у матерії в цілому не тільки руйнівною - прагнення до хаосу, а й творчої тенденції - прагнення до самоорганізації. Наука ще раз переконалася, що матерія має невичерпними властивостями, а сама підійшла до нового рубежу її пізнання - до чергового «порогу» наукової революції.