Тема 5. Постнеклассический этап развития науки Концепция самоорганизации материи

В 70-е годы ХХ века начала активно развиваться теория сложных самоорганизующихся систем, получившая название синергетики. Её предметом являются сложные самоорганизующиеся системы.

Основными понятиями синергетики являются понятия структуры, самоорганизации и самоорганизующейся системы.

Структура - это внутренняя организация системы, которая способствует связи составляющих систему элементов, определяющая существование ее как целого и ее качественные особенности. Структура определяет упорядоченность элементов объекта. Элементами являются любые явления, процессы, а также любые свойства и отношения, находящиеся в какой-либо взаимной связи и соотношении друг с другом.

Важнейшее свойство структуры - ее относительная устойчивость, понимаемая как сохранение в изменении. Однако структура содержит определенную динамичность, отдельные временные моменты, представляет собой процесс развертывания во времени и в пространстве новых свойств элементов.

Под организацией системы будем понимать изменение структуры системы, которое обеспечивает согласованное поведение, или функционирование системы, которое определяется внешними условиями.

Под самоорганизацией будем понимать изменение структуры, обеспечивающее согласованность поведения благодаря наличию внутренних связей и связей с внешней средой.

Самоорганизация - это естественнонаучное выражение процесса самодвижения материи. Способностью к самоорганизации обладают системы живой и неживой природы, а также некоторые искусственные системы.

Самоорганизация характеризуется возникновением внутренне согласованного функционирования за счет внутренних связей и связей с внешней средой. Причем понятия функция и структура системы тесно взаимосвязаны; система организуется, т.е. изменяет структуру ради выполнения функции.

По определению Г. Хакена (1991 год), самоорганизующейся системой называется такая система, которая без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную или функциональную структуру. Под специфическим внешним воздействием понимается такое, которое навязывает системе структуру или функционирование. В случае же самоорганизующихся систем испытывается извне неспецифическое воздействие.

Современное естествознание ищет пути для теоретического моделирования самых сложных систем, которые присущи природе - систем, способных к самоорганизации, саморазвитию.

Модель самоорганизующейся системы

Любую физическую систему можно представить себе, как состоящую из отдельных информационных блоков. При этом устойчивость системы может характери­зоваться количеством связей между отдельными информационными бло­ками. Будем называть коэффициентом связности системы отношение имею­щихся связей к числу возможных связей между отдельными информацион­ными блоками.

Допустим, в системе имеется 5 блоков информации. Между ними существует 8 свя­зей из 10 возможных (рис.2). Тогда коэффи­циент связности будет равен 0,8.

Поскольку самоорганизующаяся сис­тема всегда является открытой, она посто­янно обменивается информацией с окру­жающей средой. Если в вышеуказанную сис­тему ввести шестой блок информации, в первый момент он не будет связан с другими информационными блоками. Но число возможных связей возрастет до 15 (рис.3). В результате коэффициент связности снизится до 0,53. Таким образом, вве­дение новой информации в первый момент ведет к уменьшению устой­чивости системы.

Дальнейшая судьба системы зависит от того, смогут ли образоваться связи между вновь введенным и имеющимися блоками информации. Если образуются связи между всеми пятью блоками, то коэффициент связно­сти будет равен 0,87 (рис.4). Более того, вновь образовавшиеся связи могут соз­дать взаимосвязь и между теми блоками, которые не были взаимосвязанными в начальном состоянии. Скажем, между вторым и четвертым. Тогда коэффици­ент связности будет еще больше. В этом случае можно сказать, что система перешла на качественно новый уровень устойчивости, то есть, произошла самоорганизация системы. Если же новые связи не образуются, система сни­жает свою устойчивость и может даже прекратить свое существование.

Таким образом, введение в систему нового блока информации, с одной стороны, может привести к развалу системы, а, с другой стороны, повысить уровень ее самоорганизации. Все зависит от того, впишется ли новая инфор­мация в имеющуюся информационную структуру или нет.