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. 1. Отличие синергетического и информационного подходов. 2. Эволюционная триада и принцип причинности. 12 Глава 2. Самоорганизация. 1. Энтропия и информация. 15 Глава 3. Свёртка принципов синергетики и системного подхода в эволюционную триаду. 17 Вывод. 19 Литература. 20 Часть I. Контрольные вопросы. 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 представ¬лялось механистической науке, и что сознание человека из¬начально включено в само наше восприятие действительно¬сти. Согласно теории относительности пространство не трехмерно, а время не линейно.

И то, и другое не являются отдельными самостоятельными сущностями. Они тесно пе¬реплетены и образуют пространственно-временной контину¬ум. Поток времени не является равномерным и однород¬ным, он зависит от позиции наблюдателя и его скорости от¬носительно наблюдаемого события. Кроме того, в общей теории относительности речь идет о том, что пространство и время находятся в тесной связи с массой тел: возле гигант¬ских космических тел пространство способно искривляться, а время - замедляться.

Нобелевский лауреат Илья Пригожин положил начало новому принципу ос¬мысления действительности. В свете этого принципа, признающего за Вселенной первич¬ную динамическую неопределенность, оказалось возмож¬ным выработать новое понимание эволюции. Второй закон термодинамики не всесилен, ибо все существующие системы имеют прирожденную способность мутировать в направле¬нии 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 еди¬ной во всех своих пластах, живой, развивающейся, восхо¬дящей на новые ступени бытия. [5] Вопрос 3. 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 проявле¬нием субстанциального единства мира и способом его реализации, а с другой — следствием и предпосылкой универсального характера развития.

Существование все¬общей универсальной взаимосвязи всех явлений и является исходной предпосылкой принципа детерминизма. Детерминизм есть общее уче¬ние, признающее существование универсальной взаимосвязи и отри¬цающее существование каких-либо явлений и вещей вне этой универсальной взаимосвязи. [ 1] В более развернутом виде общетеоретический принцип детерми¬низма 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, прин¬цип детерминизма в качестве своего обязательного компонента вклю¬чает принцип причинности. 3. Тезис о многообразии типов детерминации и существовании не¬причинных 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 причинно¬сти. В то же время причинная детерминация оказывается основанием для существования всех других типов детерминации. Тезис о закономерности или регулярности отношений обусловлива¬ния: процесс обусловливания имеет регулярный упорядоченный харак¬тер. 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 &amp ;#61549;&#61 554; 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 существова¬ния и становления тождественных моментов в определенных условиях и в определенных отношениях между различными и проти¬воположными состояниями явлений мира.

Часть II Реферат

Часть II Реферат.

Тема № 18. Принципы синергетики, эволюционная триада и системный подход.

Введение

Введение. 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. Глава 1. Синергетика – наука о сложном.

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. 1.1.

Отличие синергетического и информационного подходов

Хранимая в них информация как бы «размазана» по всей их структуре. . Сложнейшая сеть информационных коммуникаций (нервная система) пронизыв... Отличие синергетического и информационного подходов. В основу теории и... состояние атомов и мо¬лекул) и макросостояние этих систем (т.е.

Эволюционная триада и принцип причинности

Причинность – один из видов связи, именно как генетический тип связи я... Каждый заключает в себе двух остальных и все три составляют одно в Неи... И это не случайно, только так естественным образом можно описать проце... Космос (по древнегречески - строй боевых кораблей, и лишь позднее всел... Отметим, что если Содержание и Форма предъявляют способ бытия вещи, то...

Самоорганизация

В нашей обыденной жизни мы также концентрируемся на значительных, инфо... Сформулирую его следующим образом: если допустимо не единственное сост... Круг систем, подверженных такого рода явлениям, оказался настолько шир... Адаптационное развитие подразумевает изменение параметров системы при ... Возникновение нового качества, как уже отмечалось, происходит на основ...

Энтропия и информация

В случае взаимодействий происходит уменьшение энтропии на величину: &a... Энтропия и информация. Одна из теорем Шеннона свидетельствует об умень... H (A,B) ≤ H(A) + H(B) (3.1) В этом соотношении знак равенств...

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 физически¬ми системами (например, случай воздействия магнитного поля на не обладающую магнитными свойствами среду).