Контрольная: Принципы синергетики, эволюционная триада и системный подход
ТОЛЬЯТТИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СЕРВИСА
Кафедра «Современное естествознание».
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По дисциплине «Концепции современного естествознания».
Выполнил студент гр. КОз – 1С
Battman
Проверил: доцент кафедры
Стасюк Наталья Ивановна.
Тольятти
2004г.
Содержание.
Часть I. Контрольные вопросы. 3
Часть II Реферат. 8
Тема № 18. Принципы синергетики, эволюционная триада и системный подход. 8
Введение. 8
Глава 1. Синергетика – наука о сложном. 10
1.1. Отличие синергетического и информационного подходов. 11
1.2. Эволюционная триада и принцип причинности. 12
Глава 2. Самоорганизация. 14
2.1. Энтропия и информация. 15
Глава 3. Свёртка принципов синергетики и системного
подхода в эволюционную триаду. 17
Вывод. 19
Литература. 20
Вопрос 2. Каковы фундаментальные парадигмы естествознания и
глобальные научные революции, меняющие тип рациональности?
Парадигма – система мышления.
Естествознание состоит из многих наук. Каждая из естественно научных
дисциплин – физика, химия, геология, биология и другие – изучает определённый
вид бытия. Подобно видам бытия, науки находятся между собой в некоторых
соотношениях. В первую очередь разумно обратиться к той науке, которая
изучает фундамент природы, - физике.
Если бы мы обратились, например, к биологии, науке о живом, то в ряде случаев
нам бы недоставало физических сведений о тех процессах, на базе которых и
возможно только появление живого. Вселенная не лишена истории, один за другим
возникали ее новые, всё более сложные уровни организации. И с учётом этой
эволюции и развития природы имеет смысл для начала обратиться к
фундаментальным аспектам бытия: физике, космологии, химии, геологии,
биологии, - без которых не могли бы существовать другие уровни организации
природы.
В начале XX в. был сделан целый ряд открытий, в корне изменивших видение мира
современным естествознанием. Теория относительности А. Эйнштейна, опыты
Резерфорда с альфа-частицами, работы Нильса Бора, исследования в химии,
биологии, психологии и других науках показали, что мир гораздо разнообразнее,
сложнее, чем это представлялось механистической науке, и что сознание
человека изначально включено в само наше восприятие действительности.
Согласно теории относительности пространство не трехмерно, а время не
линейно. И то, и другое не являются отдельными самостоятельными сущностями.
Они тесно переплетены и образуют пространственно-временной континуум. Поток
времени не является равномерным и однородным, он зависит от позиции
наблюдателя и его скорости относительно наблюдаемого события. Кроме того, в
общей теории относительности речь идет о том, что пространство и время
находятся в тесной связи с массой тел: возле гигантских космических тел
пространство способно искривляться, а время - замедляться.
Нобелевский лауреат Илья Пригожин положил начало новому принципу осмысления
действительности. В свете этого принципа, признающего за Вселенной первичную
динамическую неопределенность, оказалось возможным выработать новое
понимание эволюции. Второй закон термодинамики не всесилен, ибо все
существующие системы имеют прирожденную способность мутировать в направлении
большей сложности. Одна и та же энергия, одни и те же принципы обеспечивают
эволюцию на всех уровнях: от физико-химических процессов до человеческого
сознания и социокультурной информации. Вселенная оказывается единой во всех
своих пластах, живой, развивающейся, восходящей на новые ступени бытия. [5]
Вопрос 3. Сформулируйте теорему К.Гёделя?
Появившаяся в 1931 г. работа Геделя, произвела эффект разорвавшейся
интеллектуальной бомбы. Гедель утверждал, что состоятельность и полноту
какой-либо логической системы можно установить, погружая исходную систему в
систему более развернутую. Правда, Гедель показал, что при этом проблема
состоятельности и полноты становится более сложной из-за усложнения
логического языка, что приводит к спирали усложнений, к нескончаемой логической
эскалации. Именно это и происходит также, когда человеческий разум занят своим
привычным делом - размышлением.
Машина, работа которой основана на аксиомах Пеано, окажется неспособной ответить
на вполне определенную последовательность вопросов. Hо каковы эти вопросы,
Гедель не сообщает, Во всяком случае, можно предположить, что неразрешимой в
геделевском смысле является следующая головоломка. Построим
последовательность целых чисел, начинающуюся с любого целого числа, причем
каждое последующее число должно быть равно половине предыдущего, если оно
четное, или предыдущему, умноженному на три и сложенному затем с единицей, если
это предыдущее число нечетное. Повторяя процедуру вычисления последующих чисел,
мы в конце концов построим всю последовательность. Если начать с цифры 5, то мы
получим следующую последовательность: 5, 16, 8, 4, 2, 1. Итак,
мы пришли к единице. Оказывается, что независимо от числа, с которого
начинается последовательность, мы всегда приходим к единице, хотя
доказательства этого факта не существует. Возможно, это связано с нашей
неспособностью найти его, но может быть, указывает на недостатки, присущие
фундаментальным основам арифметики. [ 1 ]
Вопрос 4. В чем сущность принципа соответствия?
Бор сформулировал принцип, получивший название принципа соответствия:
для больших квантовых чисел частота излучения, испускаемого атомом при переходе
из одного состояния в другое, асимптотически совпадает с одной из частот,
ожидаемых по классической теории. Другими словами, в пределе при h (постоянная
Планка), стремящейся к нулю, результаты квантовой теории должны переходить
в предсказания классической теории.
Этот принцип сыграл важную роль в развитии и становлении квантовой физики и
является неотъемлемой частью теории. Принцип соответствия служит
методологическим принципом и не ограничивается рамками физики. С этой точки
зрения необходимо рассматривать весь процесс развития не только физики, но и
естествознания в целом.
Действительно, теория относительности возникла как обобщение классической
механики, поэтому последняя выступает как частный случай релятивистской
механики.
Волновая оптика представляет обобщение геометрической оптики, а последняя есть
частный случай волновой оптики, и т.д. Во всем этом проявляется общая
закономерность развития физики, которую можно сформулировать так: теории,
справедливость которых экспериментально установлена для той или иной области
физических явлений, с возникновением новых, более общих теорий, не устраняются
как нечто ложное, но сохраняют свое значение для прежней области и становятся
частным случаем новых теорий.
Принцип соответствия считается одним из важнейшим достижением всего
естествознания в ХХ в. Благодаря ему история физической науки предстает перед
нами не как хаотическая смена различных теорий, не как череда их крушений, а
как закономерный и последовательный процесс развития познания, идущего ко всё
более широким обобщениям, как познавательный прогресс, каждая ступень
которого имеет объективную ценность.
Философское значение принципа соответствия в том, что он показывает, как
реализуется тезис диалектического материализма в естествознании о том, что
абсолютная истина складывается из бесконечной последовательности
относительных истин.
Принцип соответствия утверждает, что:
1) каждая физическая теория - относительная истина, содержащая элемент
абсолютной истины; она соответствует определенному этапу в процессе познания;
2) смена физических теорий - это не череда катастроф, а естественный процесс
развития физики, постепенное проникновение в сущность вещей и явлений; 3)
сколь бы "безумными" и противоречивыми не казались новые теории, они всегда
образуют единое целое.
Итак, развитие физики - это не механическая замена старых теорий новыми, а
процесс их последовательного обобщения, когда новое отрицает старое, но не
просто отрицает, а с удержанием всего того положительного, что было накоплено
в старом. По-видимому, это применимо к любому развитию, о чем желательно
никогда не забывать.
Вопрос 5. Какова суть античных научных программ?
Античная философия космоцентрична, космос понимается как неразделенность
природы и человека. Греческие философы не противопоставляют природу человеку.
Благая жизнь мыслится не иначе, как в согласии и гармонии с природой.
Начиная с Аристотеля разделение наук, стихийно начатое еще ранее, получило
свое теоретическое обоснование. Великих философских систем уже не рождал
греческий дух, зато в отдельных науках и, прежде всего естественных,
наблюдался значительный прогресс. Этот период связан с Александрией
Египетской, с городом, где благодаря династии Птолемеев был создан центр наук
- Мусейон и где ученые поддерживались государством. Знаменита Александрийская
библиотека, содержавшая при Цезаре 700 тыс. свитков. С Александрией связана
деятельность таких ученых как Евклид, Архимед, Аристарх, Герон, Феофраст и
многих других. 3десь же был и центр истории, филологии, изобразительных
искусств.
Вопрос 6. Каковы причины движения по Аристотелю?
По Аристотелю, причиной движения тела может быть либо какой-то внешний
«двигатель», находящийся с телом в непосредственном контакте: телега
двигается потому, что ее тянет лошадь, – либо стремление тела к своему
естественному месту: стремясь к своему естественному месту, тела падают вниз.
В рамках христианства система Аристотеля господствовала в Европе примерно на
протяжении 15 веков и объясняла причины всех физических явлений. Но
существовали отдельные факты, по существу противоречившие этой системе, о
которых хорошо знали специалисты тех времен. Одним из таких фактов был
доступный наблюдению каждого человека полет брошенного камня.
Брошенный камень может лететь и вверх. Что является причиной такого движения?
Те объяснения, которые предлагал Аристотель и его последователи, были
неудовлетворительными, и это было хорошо понято еще в античности. Но, тем не
менее, из этого противоречия между теорией и экспериментом не было сделано
никаких радикальных выводов вплоть до 17 века, когда появилось представление
об импульсе, а Галилей и Ньютон заложили основы классической физики.
Вопрос 7. Что такое климат?
Климат - [греч. klima наклон (земной поверхности к солнечным лучам)],
статистический многолетний режим погоды, одна из основных географических
характеристик той или иной местности. Основные особенности климата определяются
поступлением солнечной радиации, процессами циркуляции воздушных масс,
характером подстилающей поверхности. Из географических факторов, влияющих на
климат отдельного региона, наиболее существенны широта и высота местности,
близость его к морскому побережью, особенности орографии и растительного
покрова, наличие снега и льда, степень загрязненности атмосферы. Эти факторы
осложняют широтную зональность климата и способствуют формированию местных его
вариантов.
Вопрос 8. Что означают концепции близкодействия и дальнодействия?
Дальнодействие мыслилось как мгновенное распространение гравитационных и
электрических сил через пустое абсолютное пространство, в котором силы
находят свою конечную цель благодаря божественному проведению. Концепция же
близкодействия (Декарт, Гюйгенс, Френель, Фарадей) была связана с пониманием
пространства как протяженности вещества и эфира, в котором свет
распространяется с конечной скоростью в виде волн. Это привело в дальнейшем к
понятию поля, от точки к точке которого и передавалось взаимодействие. Именно
это понимание взаимодействия и пространства, развивавшееся в рамках
классической физике, было унаследовано и развито далее в XXвеке, после
крушения гипотезы эфира, в рамках теории относительности и квантовой
механики. Пространство и время вновь стали пониматься как атрибуты материи,
определяющиеся ее связями и взаимодействиями.
Вопрос 9. Что означает концепция детерминизма?
Детерминизм — это учение о всеобщей обусловленности объективных явлений.
В основе такого представления о мире лежит универсальная взаимосвязь всех
явления, которая, с одной стороны, является проявлением субстанциального
единства мира и способом его реализации, а с другой — следствием и предпосылкой
универсального характера развития.
Существование всеобщей универсальной взаимосвязи всех явлений и является
исходной предпосылкой принципа детерминизма. Детерминизм есть общее учение,
признающее существование универсальной взаимосвязи и отрицающее
существование каких-либо явлений и вещей вне этой универсальной взаимосвязи.
[ 1]
В более развернутом виде общетеоретический принцип детерминизма может быть
представлен в совокупности следующих тезисов:
1. Тезис о всеобщей обусловленности материальных систем и процессов,
посредством которых каждая конкретная вещь приобретает и сохраняет свои
характерные признаки и которая объясняет изменение явлений.
2. В основе всего многообразия отношений детерминации лежит генетическая,
причинная производительность. Иными словами, принцип детерминизма в
качестве своего обязательного компонента включает принцип причинности.
3. Тезис о многообразии типов детерминации и существовании непричинных
отношений детерминации. Это означает, что принцип детерминизма не сводит все
отношения детерминации к причинной детерминации, но постулирует
существование многообразия типов отношения детерминации, непосредственно не
сводимых к причинности. В то же время причинная детерминация оказывается
основанием для существования всех других типов детерминации.
Тезис о закономерности или регулярности отношений обусловливания:
процесс обусловливания имеет регулярный упорядоченный характер. Согласно этому
тезису, каждое явление, событие подчиняется закономерным отношениям в процессе
своего существования и изменения.
Вопрос 10. Что такое открытые системы?
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. [2]
Вопрос 11. Сформируйте второе начало термодинамики – закон возрастания энтопии.
Сообщение телу некоторого количества теплоты (∆Q) приводит его к
нагреванию, возникает неравновесное состояние: температура тела больше, чем
окружающей среды. Система переходит из неравновесного состояния в
равновесное. Простейшим примером является самопроизвольный переход теплоты от
горячих тел к холодным. Самопроизвольный переход термодинамической системы из
неравновесного состояния в равновесное оказывается необратимым процессом, он
идет только в одном направлении. Система стремится к равновесию с
максимальной энтропией (S). Такова формулировка второго начала термодинамики:
∆ S ≥0,
где ∆ S – изменение энтропии. При переходе из неравновесного
состояния в равновесное энтропия увеличивается ( ∆ S > 0 ), в
равновесном состоянии энтропия неизменна ( ∆S=0 ).
Второе начало термодинамики выражает необратимость термодинамических
процессов; система стремиться к наиболее вероятному макросостоянию
∆ S ≥0.
.
Вопрос 12. Каков современный взгляд на симметрию?
Люди давно обратили внимание на правильность формы кристаллов, геометрическую
строгость строения пчелиных сот, последовательность и повторяемость
расположения ветвей и листьев на
деревьях, лепестков, цветов, семян растений и отобразили эту
упорядоченность в своей практической деятельности, мышлении
и искусстве.
Понятие «симметрия» употреблялось в двух значениях. В одном
смысле симметричное означало нечто пропорциональное; симметрия показывает тот
способ согласования многих частей, с
помощью которого они объединяются в целое. Второй смысл этого
слова — равновесие.
Греческое слово snmmetra означает однородность, соразмерность,
пропорциональность, гармонию.
Познавая качественное многообразие проявлений порядка и
гармонии в природе, мыслители древности, особенно греческие
философы, пришли к выводу о необходимости выразить симметрию
и в количественных отношениях, при помощи геометрических
построений и чисел.
Симметрия форм предметов природы как выражение пропорциональности,
соразмерности, гармонии подавляла древнего человека
своим совершенством, и это было использовано религией, различными
представлениями мистицизма, пытавшимися истолковать наличие симметрии в
объективной действительности для доказательства
всемогущества богов, якобы вносящих порядок и гармонию в первоначальный хаос.
Так, в учении пифагорейцев симметрия, симметричные фигуры и тела (круг и шар)
имели мистическое значение, являлись воплощением совершенства.
В геометрии, механике — всюду, где мы имеем дело с отрезками
прямых, мы встречаемся и с понятиями меры, сравнения и соотношения. Эти
понятия являются отражением реальных отношений
между предметами в объективном мире.
Симметрия — это категория, обозначающая процесс существования и
становления тождественных моментов в определенных условиях и в определенных
отношениях между различными и противоположными состояниями явлений мира.
Синергетика – это новое мировоззрение,
отличное от ньютоновского классицизма.
М.В.Волькенштейн, советский биофизик,
член-корр. АН СССР,
сентябрь 1982
В последние годы наблюдается стремительный и бурный рост интереса к
междисциплинарному направлению, получившему название “синергетика”. Издаются
солидные монографии, учебники, выходят сотни статей, проводятся национальные
и международные конференции.
Цель данной работы – попытаться на доступном уровне определить существо
синергетики, как нового направления современной научной мысли и очертить круг
исследуемых ею вопросов.
Создателем синергетического направления и изобретателем термина "синергетика"
является профессор Штутгартского университета и директор Института
теоретической физики и синергетики Герман Хакен. Сам термин “синергетика”
происходит от греческого “синергена” - содействие, сотрудничество,
“вместедействие”.
По Хакену, синергетика занимается изучением систем, состоящих из большого
(очень большого, “огромного”) числа частей, компонент или подсистем, одним
словом, деталей, сложным образом взаимодействующих между собой. Слово
“синергетика” и означает “совместное действие”, подчеркивая согласованность
функционирования частей, отражающуюся в поведении системы как целого.
Подобно тому, как предложенный Норбертом Винером термин “кибернетика” имел
предшественников в лице кибернетики Ампера, имевшей весьма косвенное
отношение к “науке об управлении, получении, передаче и преобразовании
информации в кибернетических системах”, синергетика Хакена также имела своих
“предшественниц” по названию: синергетику Ч. Шеррингтона, синергию С. Улана,
синергетический подход И. Забуского.
Ч. Шеррингтон называл синергетическим, или интегративным, согласованное
воздействие нервной системы (спинного мозга) при управлении мышечными
движениями (согласованное действие сгибательных и разгибательных мышц -
протагониста и антигониста).
С. Улам был непосредственным участником одного из первых численных
экспериментов на ЭВМ первого поколения (ЭНИВАКе) и понял всю важность и
пользу “синергии, т. е. непрерывного сотрудничества между машиной и ее
оператором”, осуществляемого в современных машинах за счет вывода информации
на дисплей.
И. Забуский к середине 60-х годов, реалистически оценивая ограниченные
возможности как аналитического, так и численного подхода к решению нелинейных
задач, пришел к выводу о необходимости единого синтетического подхода. По его
словам, “синергетический подход к нелинейным математическим и физическим
задачам можно определить как совместное использование обычного анализа и
численной машинной математики для получения решений разумно поставленных
вопросов математического и физического содержания системы уравнений”.
Синергетика, занимающаяся изучением процессов самоорганизации и
возникновения, поддержания, устойчивости и распада структур самой различной
природы, еще далека от завершения и единой общепринятой терминологии (в том
числе и единого названия всей теории) пока не существует.
Системы, составляющие предмет изучения синергетики, могут быть самой
различной природы и содержательно и специально изучаться различными науками,
например, физикой, химией, биологией, математикой, нейрофизиологией,
экономикой, социологией, лингвистикой (перечень наук легко можно было бы
продолжить). Каждая из наук изучает "свои" системы своими, только ей
присущими, методами и формулирует результаты на "своем" языке. При
существующей далеко зашедшей дифференциации науки это приводит к тому, что
достижения одной науки зачастую становятся недоступными вниманию и тем более
пониманию представителей других наук.
В отличие от традиционных областей науки синергетику интересуют общие
закономерности эволюции (развития во времени) систем любой природы. Отрешаясь
от специфической природы систем, синергетика обретает способность описывать
их эволюцию на интернациональном языке, устанавливая своего рода изоморфизм
двух явлений, изучаемых специфическими средствами двух различных наук, но
имеющих общую модель, или, точнее, приводимых к общей модели. Обнаружение
единства модели позволяет синергетике делать достояние одной области науки
доступным пониманию представителей совсем другой, быть может, весьма далекой
от нее области науки и переносить результаты одной науки на, казалось бы,
чужеродную почву.
Синергетику можно рассматривать как преемницу и продолжательницу многих
разделов точного естествознания, в первую очередь (но не только) теории
колебаний и качественной теории дифференциальных уравнений. Именно теория
колебаний с ее "интернациональным языком", а впоследствии и "нелинейным
мышлением" стала для синергетики прототипом науки, занимающейся построением
моделей систем различной природы, обслуживающих различные области науки. А
качественная теория дифференциальных уравнений, начало которой было положено
в трудах Анри Пуанкаре, и выросшая из нее современная общая теория
динамических систем вооружила синергетику значительной частью математического
аппарата.
Синергетика ищет свой специфический язык. Закладывают его основы прежде всего
принципы, общие для частнонаучных теорий, кроме того, принципы общенаучных
теорий и, наконец, ведущие ценности синергетического мировоззрения.
Принципы частных (объектных) теорий, естественно, отличаются друг от друга
вследствие различия предметных областей. Однако можно выделить ту часть
принципов, которая едина для всех теорий и обозначить специфику теорий в
области физики (и химии), биологии, социологии, психологии . . .
Можно выделить следующие 4 принципа частных теорий синергетики :
1. Нелинейность означает несохранение аддитивности в процессе развития
представляемых систем. Любое явление понимается как момент эволюции, как
процесс движения по полю развития.
2. Неустойчивость означает несохранение "близости" состояний системы в
процессе ее эволюции.
3. Открытость означает признание обмена системы веществом, энергией,
информацией с окружающей средой и, следовательно, признание системы как
состоящей из элементов, связанных структурой, так и включенности в качестве
подсистемы, элемента в иное целое.
4. Подчинение означает, что функционирование и развитие системы определяются
процессами в ее подсистеме ("сверхсистеме") при возникновении иерархии
масштабов времени. Это принцип "самоупрощения" системы, т. е. сведения ее
динамического описания к малому числу параметров порядка.
К описанным 4 принципам добавляются принципы специфические для той или иной
объектной области – неживых систем, живых организмов, человека. Так, для
неживых (физических и химических) систем в той или иной форме вводится
принцип нелокальности (дальнодействия, коррелированности на расстоянии),
означающий такое взаимодействие между элементами системы, которое
воспринимается как передача информации с бесконечной скоростью (о чем
напоминают прежде всего квантовомеханические неравенства Дж. Белла . Для
живых (биологических и приближающихся к ним технических) систем вводится
принцип биополя, определяющий особое поле, объединяющее элементы в целое и
направляющее развитие организма к предустановленным образцам (аттракторам).
Понятие о биополе, синтезирующее физикализм и витализм, неоднократно
вводилось под разными названиями, например, как морфогенетическое поле,
постулированное в двадцатые годы российским биологом А. Г. Гурвичем.
В основу теории информации положен предложенный К.Шенноном метод исчислений
количества новой (непредсказуемой) и избыточной (предсказуемой) информации,
содержащейся в сообщениях, передаваемых по каналам технической связи.
Предложенный Шенноном метод измерения количества информации оказался
настолько универсальным, что его применение не ограничивается теперь узкими
рамками чисто технических приложений.
Вопреки мнению самого К.Шеннона, предостерегавшего ученых против поспешного
распространения предложенного им метода за пределы прикладных задач техники
связи, этот метод стал находить все более широкое примение в исследованиях и
физических, и биологических, и социальных систем .
Ключом к новому пониманию сущности феномена информации и механизма
информационных процессов послужила установленная Л.Бриллюэном взаимосвязь
информации и физической энтропии. Эта взаимосвязь была первоначально заложена
в самый фундамент теории информации, поскольку для исчисления количества
информации Шеннон предложил использовать заимствованную из статистической
термодинамики вероятную функцию энтропии.
В статистической физике с помощью вероятностной функции энтропии исследуются
процессы, приводящие к термодинамическому равновесию, при котором все
состояния молекул (их энергии, скорости) приближаются к равновероятным, а
энтропия при этом стремится к максимальной величине.
Благодаря теории информации стало очевидно, что с помощью той же самой
функции можно исследовать и такие далекие от состояния максимальной энтропии
системы, как, например, письменный текст.
Еще один важный вывод заключается в том, что
с помощью вероятностной функции энтропии можно анализировать все стадии
перехода системы от состояния полного хаоса, которому соответствуют равные
значения вероятностей и максимальное значение энтропии, к состоянию
предельной упорядоченности (жесткой детерминации), которому соответствует
единственно возможное состояние ее элементов.
При этом, если для газа или кристалла при вычислении энтропии сравнивается
только микросостояние (т.е. состояние атомов и молекул) и макросостояние
этих систем (т.е. газа или кристалла как целого), то для систем иной природы
(биологических, интеллектуальных, социальных) вычисление энтропии может
производится на том или ином произвольно выбранном уровне. При этом
вычисляемое значение энтропии рассматриваемой системы и количество
информации, характеризующей степень упорядоченности данной системы и равное
разности между максимальным и реальным значением энтропии, будет зависеть от
распределения вероятности состояний элементов нижележащего уровня, т.е. тех
элементов, которые в своей совокупности образуют эти системы.
Сам того не подозревая, Шеннон вооружил науку универсальной мерой, пригодной
в принципе (при условии выявления значенй всех вероятностей) для оценки
степени упорядоченности всех существующих в мире систем.
Одновременно с выявлением общих свойств информации как феномена
обнаруживаются и принципиальные различия относящихся к различным уровням
сложности информационных систем.
Так, например, все физические объекты, в отличие от биологических, не
обладают специальными органами памяти, перекодировки поступающих из внешнего
мира сигналов, информационными каналами связи. Хранимая в них информация как
бы «размазана» по всей их структуре. Вместе с тем, если бы кристаллы не
способны были сохранять информацию в определяющих их упорядоченность
внутренних связях, не было бы возможности создавать искусственную память и
предназначенные для обработки информации технические устройства на основе
кристаллических структур.
Вместе с тем необходимо учитывать, что создание подобных устройств стало
возможным лишь благодаря разуму человека, сумевшего использовать
элементарные информационные свойства кристаллов для построения сложных
информационных систем.
Простейшая биологическая система превосходит по своей сложности самую
совершенную из созданных человеком информационных систем. Уже на уровне
простейших одноклеточных организмов задействован необходимый для их
размножения сложнейший информационный генетический механизм. В
многоклеточных организмах помимо информационной системы наследственности
действуют специализированные органы хранения информации и ее обработки
(например, системы, осуществляющие перекодирование поступающих из внешнего
мира зрительных и слуховых сигналов перед отправкой их в головной мозг,
системы обработки этих сигналов в головном мозге). Сложнейшая сеть
информационных коммуникаций (нервная система) пронизывает и превращает в
целое весь многоклеточный организм.
Уже на уровне биологических систем возникают проблемы учета ценности и смысла
используемой этими системами информации. Еще в большей мере такой учет
необходим для ананлиза функционирования интеллектуальных информационных
систем.
При подсчете количества информации, содержащейся в таких двух сообщениях, как
«очередную партию Каспаров играет белыми» и «у гражданина Белова родился
сын» получится одна и та же величина – 1 бит. Нет сомнения, что два
этих сообщения несут разный смысл и имеют далеко не равнозначную ценность для
гражданина Белова. Однако, оценка смысла и ценности информации находится
за пределами компетенции теории информации и поэтому не влияет на
подсчитываемое с помощью формулы Шеннона количество бит.
Игнорирование смысла и ценности информации не помешало Шеннону решать
прикладные задачи, для которых предназначалась первоначально его теория:
инженеру по технике связи вовсе не обязательно вникать в суть сообщений,
передаваемых по линии связи. Его задача заключается в том, чтобы любое
подобное сообщение передавать как можно скорее, с наименьшими затратами
средств (энергии, диапазона используемых частот) и, по возможности, безо
всяких потерь. И пусть тот, кому предназначена данная информация (получатель
сообщений), вникает в смысл, определяет ценность, решает, как использовать ту
информацию, которую он получил.
Такой сугубо прагматичный подход позволил Шеннону ввести единую, не зависящую
от смысла и ценности, меру количества информации, которая оказалась пригодной
для анализа всех обладающих той или иной степенью упорядоченности систем.
Причинность – один из видов связи, именно как генетический тип связи явлений:
одно явление неизбежно порождает другое. Появление нового качества всегда
имеет причину.
Известно, что развитие может быть прогрессом, но также и регрессом –
деградацией.
Ряд видов связей (функциональные зависимости, отношение симметрии,
пространственно-временные корреляции) не попадают под разряд причинно-
следственных по содержанию. Но это не означает, что они беспричинны.
Креативный взгляд на становление существовал в культуре представлялся, говоря
современным системным языком креативной триадой: Способ действия + Предмет
действия = Результат действия, и закреплен в самих глагольных структурах
языка; в корнях двуполой асимметрии человека как биологического вида; в
образах божественного семейства древних религий : Озирис - Изида - Гор
(Египет); " Тот, кто создает безостановочно миры - троичен. Он есть Брама-
Отец; он есть Майя- Мать ; он есть Вишу- Сын; Сущность, Субстанция и Жизнь.
Каждый заключает в себе двух остальных и все три составляют одно в
Неизреченном. " (Упанишады). В космогонических мифах и философиях -- ТЕОС (
ЛОГОС) + ХАОС = КОСМОС ( Платон, Аристотель, Плотин, Пуруша(дух) +
Пракрити(материя) = Браман (проявленная Вселенная) (Веды). Возникновение
реальности как одухотворение материи, отсюда и творчество как вдохновение, и
душа в христианстве как сплетение и борьба духовных и телесных (материальных)
начал в человеке. А помните ветхозаветное начало творения? . . . "Земля была
безвидна и Дух летал над Водами" . . . - и здесь из вод первозданного Хаоса
родится определенность земной тверди нашего Мира. И это не случайно, только
так естественным образом можно описать процесс возникновения чего либо
вообще, когда следствие порождено причиной, в свою очередь состоящей из двух
начал -активного и пассивного, имманентного любому действию. И конечно дело
не в религиозной терминологии, свойственной человечеству большую часть его
сознательной эволюции, но в самом процессе освоения человеком Времени -
способе передачи социального опыта: миф, летопись, история, инструкция, в
конце концов, предьявлены чередой событий-действий , образующих временную
ткань доступную пониманию современников и потомков. Здесь без креативной
триады не обойтись, и следуя неоплатонической традиции, а в ХХ веке Бердяеву,
далее предпочтем ее называть Теос + Хаос = Космос. Поразительно, что и само
ощущение времени, длящегося бытия настоящего, есть порождение, интерференция
в нашем сознании прошедшего, которого никогда уже нет, и будущего, которого
никогда еще нет, а интерпретация Теоса и Хаоса в данном случае зависит от
точки зрения: то ли прошлое детерминирует , то ли будущее притягивает -
временит, то ли настоящее формирует - все они в разной степени представлены в
истории культуры, важна лишь непременность их креативной связи.
Итак, креативная триада имеет принципиально временную причинно следственную
природу. Причем причина здесь понимается двуединой Теос + Хаос, она и рождает
проявленный феномен, событие, структуру т. е. Космос (по древнегречески -
строй боевых кораблей, и лишь позднее вселенский порядок). Отметим, что если
Содержание и Форма предъявляют способ бытия вещи, то Теос и Хаос способ ее
происхождения - генезис. В наиболее общем случае для естественника эта
триада: закон природы + материальная субстанция = феноменальный мир, на языке
гуманитария --- творческий акт в ноуменальном мире: замысел + потенция
(материал) = произведение, форма.
Попробуем теперь дать полустрогое определение компонентов триады
(окончательно это сделать все равно не удастся в силу большой символической,
философской общности этих понятий)
ХАОС - неоформленная инертная материя, материал, простейшие элементы
конструирования, сокрытые потенциальные возможности и формы, страдательное
пассивное начало ( в мифологии женское начало - Инь), предмет действия,
означаемое.
ТЕОС (ЛОГОС) - закон, эйдос, стабильные архетипы, принципы, замыслы,
намерения, неизменные в процессе рождения Космоса, способ действия, глагол (в
мифологии активное мужское начало - Ян), означающее.
КОСМОС - результат соединения-взаимодействия в акте становления Хаоса и Теоса
- проявленная структура в феноменальном или ноуменальном мире, существующая
по известным принципам временного развития ( в мифологии принцип гармонии -
Дао ), результат действия.
Элементы любой системы, в свою очередь, всегда обладают некоторой
самостоятельностью поведения. При любой формулировке научной проблемы всегда
присутствуют определенные допущения, которые отодвигают за скобки
рассмотрения какие-то несущественные параметры отдельных элементов. Однако
этот микроуровень самостоятельности элементов системы существует всегда.
Поскольку движения элементов на этом уровне обычно не составляют интереса для
исследователя, их принято называть “флуктуациями”. В нашей обыденной жизни мы
также концентрируемся на значительных, информативных событиях, не обращая
внимания на малые, незаметные и незначительные процессы.
Малый уровень индивидуальных проявлений отдельных элементов позволяет
говорить о существовании в системе некоторых механизмов коллективного
взаимодействия – обратных связей. Когда коллективное, системное
взаимодействие элементов приводит к тому, что те или иные движения
составляющих подавляются, следует говорить о наличии отрицательных обратных
связей. Собственно говоря, именно отрицательные обратные связи и создают
системы, как устойчивые, консервативные, стабильные объединения элементов.
Именно отрицательные обратные связи, таким образом, создают и окружающий нас
мир, как устойчивую систему устойчивых систем.
Стабильность и устойчивость, однако, не являются неизменными. При
определенных внешних условиях характер коллективного взаимодействия элементов
изменяется радикально. Доминирующую роль начинают играть положительные
обратные связи, которые не подавляют, а наоборот – усиливают индивидуальные
движения составляющих. Флуктуации, малые движения, незначительные прежде
процессы выходят на макроуровень. Это означает, кроме прочего, возникновение
новой структуры, нового порядка, новой организации в исходной системе.
Момент, когда исходная система теряет структурную устойчивость и качественно
перерождается, определяется системными законами, оперирующими такими
системными величинами, как энергия, энтропия.
"Мне кажется, что особую роль в мировом эволюционном процессе играет принцип
минимума диссипации энергии. Сформулирую его следующим образом: если
допустимо не единственное состояние системы (процесса), а целая совокупность
состояний, согласных с законами сохранения и связями, наложенными на систему
(процесс), то реализуется то ее состояние, которому отвечает минимальное
рассеяние энергии, или, что то же самое, минимальный рост энтропии."
Н.Н.Моисеев, академик РАН.
Справедливости ради необходимо отметить, что принцип минимума диссипации
(рассеяния) энергии, приведенный выше в изложении академика Моисеева, не
признается в качестве универсального естественнонаучного закона. Илья
Пригожин, в частности, указал на тип систем, не подчиняющихся этому принципу.
Оставим, однако, ведущим ученым фундаментальные вопросы. С другой стороны,
употребление термина “принцип”, а не “закон”, оставляет возможность уточнения
формулировок.
Моменты качественного изменения исходной системы называются бифуркациями
состояния и описываются соответствующими разделами математики – теория
катастроф, нелинейные дифференциальные уравнения и т.д. Круг систем,
подверженных такого рода явлениям, оказался настолько широк, что позволил
говорить о катастрофах и бифуркациях, как об универсальных свойствах материи.
Таким образом, движение материи вообще можно рассматривать, как чередование
этапов адаптационного развития и этапов катастрофного поведения.
Адаптационное развитие подразумевает изменение параметров системы при
сохранении неизменного порядка ее организации. При изменении внешних условий
параметрическая адаптация позволяет системе приспособиться к новым
ограничениям, накладываемым средой.
Катастрофные этапы – это изменение самой структуры исходной системы, ее
перерождение, возникновение нового качества. При этом оказывается, что новая
структура позволяет системе перейти на новую термодинамическую траекторию
развития, которая отличается меньшей скоростью производства энтропии, или
меньшими темпами диссипации энергии.
Возникновение нового качества, как уже отмечалось, происходит на основании
усиления малых случайных движений элементов – флуктуаций. Это в частности
объясняет тот факт, что в момент бифуркации состояния системы возможно не
одно, а множество вариантов структурного преобразования и дальнейшего
развития объекта. Таким образом, сама природа ограничивает наши возможности
точного прогнозирования развития, оставляя, тем не менее, возможности важных
качественных заключений.
Таким образом, синергетика находится целиком в русле традиционной диалектики,
ее законов развития – перехода количественных изменений в качественные,
отрицания и т.п.
Одна из теорем Шеннона свидетельствует об уменьшении информационной энтропии
множества АВ, образованного в результате взаимодействий двух исходных
упорядоченных множеств Либ.
| H (A,B) ≤ H(A) + H(B) | (3.1) |
В этом соотношении знак равенства относится к случаю отсутствия взаимодействий
между множествами А и В .
В случае взаимодействий происходит уменьшение энтропии на величину:
D H = Н(А) + Н(В) - Н(А,В) (3.2)
Согласно негэнтропийному принципу информации (3.4) получаем :
D IS =Н(А) +Н(В) - Н(А,В) (3.3)
Распространяя рассмотренные Шенноном взаимодействия абстрактных
математических множеств на случаи взаимодействий реальных физических систем,
можно сделать следующие выводы :
1. Соотношения ( 3.1 ), (3.2) и (3.3 ) можно распространить на случаи
взаимодействий упорядоченных физических систем, в частности на взаимодействия
физических сред с различными видами полей.
При этом необходимо осуществлять переход от информационной энтропии Н к
термодинамическай энтропии S , используя соотношение (1.4)
Приложений 1.
2. Знак равенства в соотношении (3.1) соответствует случаю отсутствия
взаимодействия между рассматриваемыми физическими системами (например,
случай воздействия магнитного поля на не обладающую магнитными свойствами
среду).
3. Во всех остальных случаях в соответствии с соотношением (3.3) происходит
накопление структурной информации D IS, характеризующей увеличение
упорядоченности структуры вновь образующейся системы (формирование и ориентация
магнитных доменов под воздействием магнитного поля, структуализация под
воздействием электрического поля поляризуемых сред и т.п.).
С помощью вероятностной функции энтропии можно описать формальным
математическим языком процесс адапации системы к внешним воздействиям,
понимая процесс адаптации как обучение оптимальному поведению в заданных
условиях внешней среды.
Рассмотрим систему, обладающую возможностью выбора одного из N возможных
ответов (реакций) на внешние воздействия. До прохождения обучения система
способна отвечать на любые воздействия лишь выбранной наугад реакцией i
, причем i может принимать любые значения от i = 1 до
i = N, т.е.:
i=1,2,3,.. . N , (3.4)
При этом условии вероятности всех ответов равны друг другу, т.е.:
Р1= Р2 = . =PН=1/N (3.5)
Как было показано ранее, при этом условии реальная энтропия Нr
равна максимальной энтропии Hmax, т.е.:
Hr = - | i = N | pi log pi = log N = Hmax | (3.6) | | S | i = 1 |
В результате обучения возникают различия вероятностей разных реакций.
В соответствии с рассмотренными ранее свойствами функции
реальная энтропия Hr уменьшается на величину
В культуре, в конкретных научных дисциплинах трехчастные динамические законы
всегда можно интерпретировать в терминах креативной триады, например:
II закон Ньютона - Сила (Теос) будучи приложенной к Телу (масса тела -
инертное начало, Хаос) порождает проявленное пространственно-временное
изменение состояния движения тела - Ускорение (результат действия, Космос) .
F / M = A
А вот как звучал основной закон динамики в античной физике Аристотеля: Сила
(Теос) будучи приложенной к Телу (сопротивление Среды движущемуся телу -
инертное начало, Хаос) порождает проявленное пространственно-временное
изменение состояния движения тела - Скорость (результат действия, Космос). F
/ g = V
Мы видим, что законы просто идентичны структурно, но не содержательно. В
обоих случаях сила выступает причиной изменения абсолютного состояния
движения тел, но у Аристотеля это состояние - покой, а у Ньютона-- движение
по инерции. Как мы сказали бы сегодня: Аристотель писал свой закон для
незамкнутой диссипативной системы (не все силы отнесены к порождающей причине
F, за кадром остались силы сопротивления среды), поэтому и абсолютное
состояние движения у него - покой ( в среде это так), и его закон, конечно
приближенный, асимптотический, он есть первое воплощение синергетической идеи
аттракторов - целей развития системы; вспомним мощный телеологический мотив
всей философии Аристотеля.
Еще один пример из области квантовой физики. Фундаментальным постулатом
квантовой теории является постулат наблюдаемости или измерения любой
физической величины, это целый ритуал с очень жесткими правилами перевода не
имеющих наглядной интерпретации свойств микромира на привычный язык
макроявлений, при этом переводе многие экзотические черты микромира
безвозвратно утрачиваются, да и сам изучаемый микрообъект настолько возмущен
грубостью средств наблюдения, что может просто перестать существовать, дело в
том, что средства наблюдения обязательно макроскопические, а объект то
микроскопический. Представьте себе отбойный молоток вместо бор-машины в руках
дантиста!
Итак, воздействие акта наблюдения на систему принципиально неустранимо,
причем уточнить результат наблюдения можно до определенных границ задаваемых
знаменитым принципом неопределенности Гейзенберга, и сам результат носит
вероятностную интерпретацию, т. е. в другой раз получился бы другой результат
и каждому исходу измерения приписывают свою вероятность, которая зависит от
свойств микрообъекта или, как принято говорить, от Состояния микросистемы (ее
волновой функции), имплицитно содержащего все потенциальные результаты
наблюдения над ней. Ну и наконец сам прибор измеряет не что угодно, а
свойства некоторой физической величины, как говорят - наблюдаемой , причем
каждой наблюдаемой отвечает свой тип наблюдения, свой прибор. И все же, какое
это имеет отношение к процессам становления? - самое прямое .
Дело в том, что, как правило, система не имеет определенного значения
наблюдаемой физической величины до процесса ее измерения (наблюдения), в
момент акта измерения система выбирает (проектируется на) одну из своих
компонент-возможностей, отвечающих точному значению измеряемой величины,
имеющему вполне макроскопическое числовое значение ( например показания
стрелки прибора), этот процесс называется процессом редукции волновой
функции, и по сей день не подлежит детализации, вызывая у многих физиков
полумистическое чувство недоумения. Пожалуй это повсеместное явление и есть
самый яркий пример становления, в котором и состояния и наблюдаемые
(операторы) "живут" в абстрактном бесконечномерном гильбертовом пространстве
и никак не проявлены, манифестируя свои свойства в макромире в процессах
измерения через свои средние числовые характеристики.
(p, A) = наблюдаемая (Теос) + состояние (Хаос) = среднее (Космос) оператор
волновая функция числовое значение
В живой природе эволюционная дарвиновская триада "наследственность" +
"изменчивость" = "отбор" легко переинтерпретируется на таком языке, на чем мы
не будем сейчас останавливаться. Но сформулируем ее обобщение для
произвольных эволюционирующих систем: "принцип сборки дерева катастроф" +
"банк катастроф и сценариев их прохождения" = " отбор траектории эволюции на
дереве возможностей".
Таким образом, синергетика с её статусом метанауки изначально была призвана
сыграть роль коммуникатора, позволяющего оценить степень общности
результатов, моделей и методов отдельных наук, их полезность для других наук
и перевести диалект конкретной науки на высокую латынь междисциплинарного
общения.
Положение междисциплинарного направления обусловило еще одну важную
особенность синергетики - ее открытость, готовность к диалогу на правах
непосредственного участника или непритязательного посредника, видящего свою
задачу во всемирном обеспечении взаимопонимания между участниками диалога.
Диалогичность синергетики находит свое отражение и в характере вопрошания
природы: процесс исследования закономерностей окружающего мира в синергетике
превратился (или находится в стадии превращения) из добывания безликой
объективной информации в живой диалог исследователя с природой, при котором
роль наблюдателя становится ощутимой, осязаемой и зримой.
Общие закономерности поведения систем, порождающих сложные режимы, позволяют
рассматривать на содержательном, а иногда и на количественном уровне, такие
вопросы, как уровень сложности восприятия окружающего мира как функции
словарного запаса воспринимающего субъекта, роль хаотических режимов, их
иерархий и особенностей в формировании смысла, грамматические категории как
носители семантического содержания, проблемы ностратического языкознания
(реконструкция праязыка) как восстановление “фазового портрета” семейства
языков и выделения аттракторов, и многое другое.
1. Синергетика может быть использована как основа междисциплинарного синтеза
знания, как основа для диалога естественников и гуманитариев, для кросс-
дисциплинарной коммуникации, диалога и синтеза науки и искусства, диалога
науки и религии, Запада и Востока (западного и восточного миропонимания).
2. Синергетика может обеспечить новую методологию понимания путей эволюции
систем, причин эволюционных кризисов, угроз катастроф, надежности прогнозов и
принципиальных пределов предсказуемости в экологии, экономике, социологии,
геополитике. Синергетика дает нам знание о конструктивных принципах
коэволюции сложных систем, находящихся на разных стадиях развития. Поэтому
синергетика может стать основой для принятия обоснованных решений и
предсказаний в условиях неопределенности, стохастических потрясений,
периодической реорганизации геополитических структур.
Синергетика открывает принципы нелинейного синтеза: 1) наличие различных, но
не каких угодно, способов объединения структур в одну сложную структуру, 2)
значение правильной топологии, "конфигурации" объединения простого в сложное,
3)объединение структур как разных темпомиров, 4) возможность - при правильной
топологии объединения - значительной экономии материальных и духовных затрат
и ускорения эволюции целого.
3. Будучи междисциплинарной по своему характеру, синергетика позволяет
выработать некоторые новые подходы к обучению и образованию, к эффективному
информационному обеспечению различных слоев общества. Речь идет об
образовании через обучающие компьютерные программы и дискеты, несущие новое
видение мира и новые способы мышления, знание как know how, реализующие
синтез результатов естественных и гуманитарных наук. Естественнонаучное
образование гуманитаризируется, а гуманитарное становится невозможным без
новых естественнонаучных, нелинейных математических методов исследования.
Новые информационные технологии становятся необходимыми в образовании.
4. Методология нелинейного синтеза, фундированная на научных принципах
эволюции и коэволюции сложных структур мира, может лечь в основу
проектирования различных путей человечества в будущее. Благодаря синергетике
человечество обретает философию надежды.
1. Интернет. Тулио Редже. Этюды о вселенной. Пеpевод с итальянского к.ф.-м.н.
Дж.Б.Понтекоpво, М.,Миp,1985. http://dr-gng.dp.ua/library/gedel.htm
2. Интернет. Найдыш В.М. Концепции Современного Естествознания.
http://www.philsci.univ.kiev.ua/biblio/naydish-7.html
3. Интернет. Учебное пособие Концепции современного естествознания. Аруцев
А.А., Ермолаев Б.В., Кутателадзе И.О., Слуцкий М.С.
http://nrc.edu.ru/est/pos/index.html
4. Кедров Б.М. "Научная концепция детерминизма" // "Современный детерминизм,
законы природы". М., 1973. С. 8
5. Канке В.А. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. –
М.:Логос, 2001.
6. Горбачев В.В. Концепции современного естествознания. В 2 ч.: Учебное пособие
М.: Издательство МГУП, 2000. 274 с. 400 экз.
Книга в Интернете. http://www.hi-edu.ru/x-books-
free/xbook131/01/index.html?part-001.htm
7. Седов Е., Кузнецов Д. В начале было Слово. – СПб., 1994
8. Хакен Г. Синергетика /пер. с англ. М.,1985
9. Шеннон К. Е. Бандвагон. /Работы по теории информации и кибернетике/, М.,
1963
10. Николаев Г., Самоорганизация в неравновесных системах. М., 1979
11. Шеннон К.Е. Математическая теория связи. Работы по теории инфор -мации и
кибернетике., М, 1963
|
