Теория самоорганизации

1. Главная
2. Моделирование
3. Теория самоорганизации

Теория самоорганизации развивалась на основе динамики неравновесных процессов И. Пригожиным и его Брюссельской школой.

Классическая термодинамика: рассматривает системы в состояниях равновесия или в их окрестностях. Изучает замкнутые системы.

Теория самоорганизации: Рассматривает системы, сильно удаленные от состояния равновесия. Рассматривает открытые системы. По Пригожину, все системы имеют подсистемы, которые непрерывно флуктуюють (колеблются).

В отдельных случаях возмущения или их комбинации могут в результате положительной обратной связи стать настолько сильными, что приведут к разрушению системы. Этот переломный момент называют особой точкой или точкой бифуркации.

Принципиально невозможно предсказать, в каком направления будет осуществляться дальнейшее развитие: состоится хаотизации и катастрофа или система перейдет на новый, более высокий уровень упорядоченности и организации. Таким высокоорганизованным системам для поддержания своего положения необходимо рассеивать значительное количество энергии.

Они получили название диссипативных. Исследуя неравновесную динамику, И. Пригожин создал теоретическую модель, которую назвал брюсселятором (в честь Брюссельской школы). Вывод из его теоретических изысканий: в состояниях, далеких от равновесия, очень слабые возмущения (флуктуации) могут усиливаться до невероятных масштабов и разрушать существующую структуру.

Еще одной весьма важной проблемой является проблема времени. В классической ньютоновской науке время выступало простым параметром, он обратим. Время как простой обратимый параметр согласно классической ньютоновской науке

После открытия в XIX в. II закона термодинамики в науку вошло понятие необратимости и, соответственно, направленности времени. Второй закон термодинамики исключает возможность создания вечного двигателя второго рода.

Имеется несколько различных, но в то же время эквивалентных формулировок этого закона.

1. Постулат Клаузиуса. Процесс, при котором не происходит других изменений, кроме передачи теплоты от горячего тела к холодному, является необратимым, то есть теплота не может перейти от холодного тела к горячему без каких либо других изменений в системе. Это явление называют рассеиванием или дисперсией энергии.
2. Постулат Кельвина. Процесс, при котором работа переходит в теплоту без каких либо других изменений в системе, является необратимым, то есть невозможно превратить в работу всю теплоту, взятую от источника с однородной температурой, не проводя других изменений в системе.

Энтропия

Появляется понятие энтропии как мерила необратимого рассеяния энергии.

Энтропия тесно связывалась с понятием хаоса, который уничтожает любую организации и приводит элементы системы в состояние однородной, нерозризняемои массы. Согласно этому, в действительности существует необратимая деградация систем.

В этом же веке появляется теория Дарвина, которая определяет развитие биологических видов от простых к сложным. Следовательно, возникает две прямо противоположные направления развития.

Для неживой природы - от сложного к простому и к полному дезорганизованному. Для живой - развитие в оборотном направлении.

Это противоречие решили только в ХХ веке с осведомления того, что большинство существующих систем - открытые, так что они постоянно пропускают через себя потоки веществ и энергии. Система питается «отрицательной» энтропией, поставляемой Солнцем.

Пригожин показал, что в изолированных системах энтропия может только нарастать, в открытых она может возникать и переноситься в окружающую среду. В результате этого энтропию стали понимать не как дезорганизующее величину, а величину, что при определенных условиях приводит к определенному порядку.

На принципах синергетики и термодинамики М.М. Моисеев построил теорию эволюции биосферы, основанной на дарвиновской триаде: изменчивость, наследственность, отбор. Однако он разделил механизм отбора на два принципиально разных класса.

Классы механизмов отбора

1. Адаптационные механизмы. Они позволяют в принципе предсказать с определенной точностью развитие событий и спрогнозировать их. Можно заранее определить множество состояний систем, обеспечивающих ее устойчивость при данных условиях внешней среды. Пример - селекция животных, растений. При всех различиях объект селекции не выходит за рамки определенного вида.
2. Бифуркационные механизмы. Органиация системы имеет пороговые состояния, переход через которые приводит к резкому качественному изменению внутренних процессов и к изменению самой организации. К тому же, имеем множество разнообразных новых форм организации. Какую именно форму примет системы после прохождения порогового (критического) состояния определяется случайными факторами. В связи с этим предусмотреть дальнейшее развитие системы невозможно.

В реальности процесс развития является единственным, что объединяет в себе оба упомянутых механизма. Основные черты единого процесса развития:

1. Законы природы устанавливают определенные границы изменения состояний системы.
2. Множество случайных факторов влияет на эти границы и может привести к их нарушению.
3. Если параметры и состояния системы не выводятся за указанные границы, то механизмы развития имеют адаптационный характер. Если известны законы развития, то границы адаптации можно определить.
4. Если под действием некоторых причин система выходит на пересечение границ изменения состояний системы, вступает в действие бифуркационный механизм.
5. Изменение характера начального воздействия (пространственной конфигурации, топологии этого воздействия) приводит к появлению различных структур.