Синергетичні моделі

Основою синергетики є єдність явищ, методів і моделей, з якими доводиться зіштовхуватися при дослідженні виникнення порядку з безладдя (або, як кажуть, з хаосу). У хімії – це, наприклад, хімічні хвилі в реакції Білоусова-Жаботинського, в космології - спіральні галактичні утворення, в екології - організація біологічних співтовариств, в економіці – хвилі Кондрат’єва і т.п. Прикладом самоорганізації в гідродинаміці служить ефект Релея-Бенара - утворення в шарі неоднорідно нагрітої рідини (при певній величині температурного градієнту) конвективних чарунок (як правило, гексагональних), а, також, виникнення в рідині тороїдальних вихорів між циліндрами, що обертаються (вихори Тейлора). Прикладом змушеної організації є генерація когерентного електромагнітного випромінювання в лазері за допомогою зовнішньої накачки.

Моделі синергетики - це моделі нелінійних, неврівноважених систем, що зазнають серії послідовних нерівноважних фазових переходів під дією внутрішніх флуктуацій. У момент переходу впорядкована і неупорядкована фази відрізняються одна від одної настільки мало, що саме флуктуації переводять одну фазу в іншу. Якщо в системі можливо кілька стійких станів, то флуктуації відбирають одну з них. При аналізі складних систем, наприклад, у біології або екології, синергетика досліджує найпростіші основні моделі, що дозволяють зрозуміти й виділяти найбільш істотні механізми "організації порядку", виборчу нестійкість, імовірнісний відбір, конкуренцію або синхронізацію підсистем. Поняття й образи синергетики пов'язані, у першу чергу, з оцінкою впорядкованості й безладдя: це інформація, ентропія, кореляція, точка біфуркації та інше. Методи синергетики в значній мірі перетинаються з методами теорії коливань і хвиль, термодинаміки нелінійних неврівноважених процесів, теорії катастроф, теорії фазових переходів, статистичної механіки, теорії самоорганізації, системного аналізу і інше.

Класична термодинаміка у своєму аналізі систем відволікалася від їхньої складності й проблем взаємозв'язку із зовнішнім середовищем. По суті, вона розглядала ізольовані, закриті системи. Але у світі реальні системи є відкритими, оскільки обмінюються з навколишнім середовищем різними ресурсами: речовиною, енергією, інформацією та ін.. У відкритих системах має місце виробництво ентропії, а, також, виникають потоки ентропії, в тому числі і від’ємної (негентропії), відбуваються необоротні процеси, але за рахунок одержання матеріальних ресурсів, енергії й інформації система не тільки зберігається, а й може підвищувати ступінь своєї організації. Відкриті системи характеризуються неврівноваженою структурою. Нерівновага пов'язана з адаптацією до зовнішнього середовища (система змушена змінювати свою структуру), система може пристосовуватись і мати багато різних станів, невизначеність подальшої траєкторії свого розвитку (функціонування) і т.д. Перехід від термодинаміки рівноважних процесів до аналізу відкритих систем ознаменував великий поворот у науці. Саме у відкритих системах виявлено ефект самоорганізації, ефект розвитку від хаосу до порядку.

Звичайно, феномен переходу від безладдя до порядку, до упорядкування вчені знали й до цього появи синергетики. Як приклади самоорганізації в неживій природі можна привести принцип найменшої дії й принцип Ле-Шателье. Біологічні й соціальні системи підтримують упорядковані стани, незважаючи на збурюючі впливи навколишнього середовища.

Синергетика досліджує особливі стани систем в області їхнього нестійкого стану, здатність до самоорганізації, точки біфуркації (перехідні моменти, переломні точки).