Касперович Г.И. Синергетические концепции управления: курс лекций

Подождите немного. Документ загружается.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

САМООРГАНИЗАЦИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ СЛОЖНЫХ

СИСТЕМ

Этот мировой порядок не создан никем из богов и никем из людей,

но он был, есть и будет вечно живым огнем,

мерами угасающим и мерами вспыхивающим.

Гераклит. V в. до н.э.

Бифуркации

Под влиянием

поступающих в систему

ресурсов (вещество, энергия,

информация) и складывающихся

внешних условий в ней

медленно накапливаются

количественные изменения,

ситуация постепенно

обостряется: между ее

отдельными элементами рвутся

старые связи и возникают

новые, разрушаются некоторые

старые элементы и зарождаются новые. Происходящие

изменения иногда бывают столь масштабны и значительны, что

система может оказаться в неустойчивом состоянии. Этот

поворотный момент в ее жизни называют точкой бифуркации (от

лат. bifurcus – раздвоенный, вилка).

Это состояние, хотя и неустойчиво, но имеет перспективу в

плане обновления системы, это точка «выбора» дальнейшего

пути развития. Его определяет соотношение между двумя

противоположными тенденциями. С одной стороны, ресурсные

потоки и случайные флуктуации провоцируют повышение

энтропии системы, что ведет к нарастанию хаоса и, в конечном

итоге, может привести к ее разрушению. С другой – система

стремится сохранить устойчивость за счет переструктурирования

231

и формирования нового порядка, и таким образом снизить

энтропию. Какая из них будет преобладать, зависит от множества

случайных факторов и во многом определяется внешними и

внутренними условиями, а также качеством поступающих

ресурсов.

Фракталы

В точках бифуркации перед

самоорганизующейся системой

открывается множество вариантов

(поле) путей развития. Одновременно

возникает множество диссипативных

динамических микроструктур –

праобразов будущих состояний

системы – фракталов (англ. fractial – дробный).

В окружающей нас природе мы можем встретить множество

таких образований: лапы ели, перо птицы, рисунок на крыле

бабочки. Человек давно подметил эту красоту и старался

воспроизвести ее в симметрии различных орнаментов.

В точке бифуркации происходит

своеобразная конкуренция фракталов,

осуществляется их «отбор», идет «борьба за

выживание» в новых условиях. В результате

конкуренции происходит самопроизвольный

выбор той структуры, которая наиболее адаптивна

к сложившимся на данный момент внешним и

внутренним условиям.

Большинство из фракталов нежизнеспособны,

так как оказываются невыгодными с точки зрения

фундаментальных законов природы (законы сохранения массы-

энергии, энтропии-информации, принцип минимизации энергии

и др.). Они либо разрушаются полностью, либо остаются как

отдельные рудименты, архаические остатки прошлого, с

которыми мы нередко сталкиваемся не только в мире природы,

но и в жизни общества, языке и культуре народов.

232

233

Аттракторы

Но даже, если система

развивается сообразно этим

законам, картина ее будущего

весьма неопределенна и

принципиально непредсказуема в

силу фундаментальной роли

случайного. Именно случайность выступает изобретателем и

творцом будущего. Случайное слабое внешнее воздействие или

слабые флуктуации внутренних параметров, «приуроченные» к

определенному моменту развития системы, могут привести к

большим ее внутренним изменениям. Флуктуации возникают

хаотично, их огромное количество, но большинство из них

затухает, как бы отсекаются все лишние вихревые потоки,

остаются только те, которые образуют новые устойчивые

макросостояния (структуры) – аттракторы. Аттрактор как бы

притягивает к себе множество траекторий развития системы,

определяемых разными начальными значениями параметров,

создавая своеобразный конус. В качестве его наглядной модели

можно использовать рисунок на раковинах некоторых

моллюсков.

Если неустойчивая

микроструктура попадает в

конус аттрактора, то она

неизбежно эволюционирует к

устойчивому состоянию и

может находиться в нем до тех

пор, пока в силу каких-либо

причин система вновь не

придет в неустойчивое

состояние. Эти причины связаны с несоответствием внутреннего

состояния открытой системы внешним условиям среды. И опять

234

у системы возникает множество вариантов развития. Эта

направленная череда событий, этот бесконечный круговорот

созиданий и разрушений, с которым связано обновление,

усложнение и совершенствование системы есть ни что иное, как

эволюция.

Наглядно этот процесс можно представить в виде

эволюционного дерева биологических видов или антропогенеза.3

Это аналоги диаграммы бифуркаций в синергетике.

Эволюционное древо системы

Поведение системы в точке бифуркации подобно

блужданию по лабиринту со множеством тупиков. «Выбор» пути

развития осуществляется методом проб и ошибок до тех пор,

пока она не «находит» оптимальный вариант. Здесь чрезвычайно

важную роль играют кооперативные (совместные) процессы,

основывающиеся на когерентном (согласованном)

взаимодействии элементов зарождающейся фрактальной

структуры. Это взаимоподдерживающее соразвитие элементов,

способствующее сохранению устойчивости развития системы,

получило название коэволюции.

При благоприятных условиях какой-то из фракталов

«разрастается» и перерождается в новую макроструктуру. В

результате этого система переходит в новое качественное

состояние. «Выбрав» его, она продолжает поступательное

движение до следующей точки бифуркации. Этот

самопроизвольный процесс усложнения и совершенствования

системы периодически повторяется и может продолжаться

бесконечно долго. Но всегда есть внешние факторы (потоки

информации, энергии, вещества), которые как бы подталкивают

систему к самоорганизации. Например, самоорганизация

биосферы осуществляется благодаря энергии Солнца, работа

лазера – благодаря энергии накачки и т.д.

235

Не по такому ли сценарию происходит эволюция всех

природных систем?

236

КРАТКИЙ СЛОВАРЬ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ

АБСТРАГИРОВАНИЕ – способ образования научных

понятий путем мысленного отвлечения от несущественных для

данной теории свойств, связей и отношений изучаемого объекта.

АДАПТАЦИЯ – приспособление функций и строения

самоорганизующихся систем к условиям существования.

АДЕПТ – ревностный приверженец какого-либо учения.

АКСИОМА – исходное положение какой-либо теории,

лежащее в основе доказательств других положений этой теории,

в пределах которой оно принимается без доказательств.

АЛГОРИТМ – система операций, последовательно

применяемых по определенным правилам для решения задач или

проблем массового характера.

АЛХИМИЯ – этап в развитии научного знания,

предшествующий химии; ставила своей задачей превращение

простых металлов в золото и серебро посредством особого

вещества – «философского камня».

АМИНОКИСЛОТЫ – класс органических соединений,

служащих основным элементом построения растительных и

животных белков и поэтому играющих важную роль в жизни

организмов.

АНАЛИЗ – метод научного исследования, состоящий в

мысленном или фактическом разложении объекта исследования

на составные части.

АНИЗОТРОПИЯ – свойство тел расщепляться в одном

направлении лучше, чем в других.

АНТРОПОГЕНЕЗ – учение о происхождении человека.

АРГУМЕНТ – логический довод, служащий основанием

доказательства.

АСПЕКТ – точка зрения, с которой рассматривается

предмет, явление, понятие.

237

БИНАРНЫЙ – двойной, состоящий из двух частей,

компонентов и т.п.

БИОГЕОХИМИЯ – раздел геохимии, изучающий

геохимические процессы, происходящие в биосфере при участии

организмов.

БИОГЕОЦЕНОЗ – сложная природная система,

объединяющая на основе обмена веществ и энергии совокупность

живых организмов с неживыми компонентами – условиями

обитания.

БИОСФЕРА – область распространения жизни на Земле,

состав, структура и энергетика которой определяются

деятельностью живых организмов. Включает в себя населенную

организмами верхнюю часть литосферы, воды рек, озер, морей,

океанов (гидросферу) и нижнюю часть атмосферы (тропосферу).

БИФУРКАЦИЯ – (лат. bifurcus – раздвоенный

)

разветвление, раздвоение в траектории движения системы в

определенной точке.

БЛИЗКОДЕЙСТВИЕ – передача взаимодействия от тела к

телу, от точки к точке с конечной скоростью, не превышающей

скорость света в вакууме.

ВАКУУМ физический – в квантовой теории означает

основное низшее энергетическое состояние квантовых полей,

характеризующееся отсутствием стационарных (реальных

частиц). Все квантовые числа физического вакуума (импульс,

электрический заряд и др.) равны нулю, но это не безжизненная

пустота, а своеобразная среда, «населенная» виртуальными

частицами и флуктуациями полей, в которой выполняется

условие минимума плотности энергии в данном объеме.

238

ВЕРИФИКАЦИЯ – проверка, эмпирическое

подтверждение теоретических положений науки путем

сопоставления их с наблюдаемыми объектами, чувственными

данными, экспериментами.

ВЕРОЯТНОСТЬ – понятие, выражающее степень

необходимого в случайном, количественную меру возможности

реализации событий, процессов при данной совокупности

конкретных условий. Если вероятность равна единице – это

реальная действительность, если она равна нулю – это

невозможность.

ВЕЩЕСТВО – вид материи, состоящей, согласно

представлениям современной физики, из фундаментальных

частиц – кварков и лептонов, сильное и слабое взаимодействие

которых определяют структуру вещества на субатомном уровне.

Основные агрегатные состояния вещества: твердые тела,

жидкости, газы, плазма.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ – развертывающийся во времени и

пространстве процесс воздействия одних объектов на другие

путем обмена материй и движением.

ВИРТУАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ – (от лат. Virtualis –

возможный, способный проявиться) – кванты релятивистских

волновых полей, возникающие как в результате флуктуаций

физического вакуума, так и в процессе взаимодействия реальных

частиц. Это теоретически вычисленные элементарные частицы,

непрерывно возникающие и исчезающие в очень короткие

промежутки времени.

ВИРУСЫ – (лат. virus – яд) возбудители инфекционных

болезней растений, животных и человека, размножающиеся

только внутри живых клеток.

ВИТАЛИЗМ – совокупность идеалистических учений в

биологии, согласно которым жизнь объясняется присутствием в

239

организмах особого нематериального начала - жизненной силы,

души, энтелехии и др.

ГАЛАКТИКИ – (греч. galaktikos — млечный) гигантские

звездные системы, подобные нашей Галактике – Млечный Путь –

наша звездная система, в том числе и Солнце со всеми

планетами. Галактики подразделяются на эллиптические (Е),

спиральные (S) и неправильные (Ir). Ближайшие к нам галактики

– Магелановы Облака (Ir) и туманность Андромеды (S).

ГАМЕТЫ – половые клетки организма.

ГЕН – (греч. genos – род, происхождение, наследственный

фактор) материальный носитель наследственности, единица

наследственной информации, способная к воспроизведению и

расположенная в определенном участке хромосомы.

ГЕНЕЗИС – процесс образования и становления какого-

либо природного или социального явления.

ГЕНЕТИКА – наука о законах наследственности и

изменчивости организмов.

ГЕНОМ – совокупность генов, содержащихся в одинарном

наборе хромосом данного организма.

ГЕНОТИП – наследственная основа организма,

совокупность генов, локализованных в его хромосомах.

ГЕРОНТОЛОГИЯ – (греч. gerontos – старик и логос –

наука) наука, изучающая старение живых организмов, в том

числе человека.

ГИДРОСФЕРА – совокупность всех водных объектов

земного шара: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ,

подземных вод, ледников и снежного покрова.

ГЛОБАЛИЗАЦИЯ – объективный процесс усиления

взаимозависимости стран и народов во всех сферах человеческой

деятельности, унификации жизненных стандартов, образование

всемирного рынка финансов, товаров и услуг; становление

240