Что такое синергетическая система
Синергетика
Синергетика изначально заявлялась как междисциплинарный подход, так как принципы, управляющие процессами самоорганизации, представляются одними и теми же (безотносительно природы систем), и для их описания должен бы быть пригоден общий математический аппарат.
Основное понятие синергетики — определение структуры как состояния, возникающего в результате многовариантного и неоднозначного поведения таких многоэлементных структур или многофакторных сред, которые не деградируют к стандартному для замкнутых систем усреднению термодинамического типа, а развиваются вследствие открытости, притока энергии извне, нелинейности внутренних процессов, появления особых режимов с обострением и наличия более одного устойчивого состояния. В обозначенных системах неприменимы ни второе начало термодинамики, ни теорема Пригожина о минимуме скорости производства энтропии, что может привести к образованию новых структур и систем, в том числе и более сложных, чем исходные.
Этот феномен трактуется синергетикой как всеобщий механизм повсеместно наблюдаемого в природе направления эволюции: от элементарного и примитивного — к сложносоставному и более совершенному.
В отдельных случаях образование новых структур имеет регулярный, волновой характер, и тогда они называются автоволновыми процессами (по аналогии с автоколебаниями).
Содержание
Возникновение термина
Автором термина «Синергетика» является Ричард Бакминстер Фуллер — известный дизайнер, архитектор и изобретатель из США.
Ч. Шеррингтон называл синергетическим, или интегративным, согласованное воздействие нервной системы (спинного мозга) при управлении мышечными движениями.
С. Улам, много работавший с ЭВМ, в 1964 году в своей книге «Нерешённые математические задачи» (М.: Наука, 1964.-168) высоко оценил синергию — непрерывное сотрудничество между машиной и её оператором, осуществляемое за счёт вывода информации на дисплей.
Предмет, методы и школы синергетики
Область исследований синергетики чётко не определена и вряд ли может быть ограничена, так как её интересы распространяются на все отрасли естествознания. Общим признаком является рассмотрение динамики любых необратимых процессов и возникновения принципиальных новаций. Математический аппарат синергетики скомбинирован из разных отраслей теоретической физики: нелинейной неравновесной термодинамики, теории катастроф, теории групп, тензорного анализа, дифференциальной топологии, неравновесной статистической физики. Существуют несколько школ, в рамках которых развивается синергетический подход:
В России
Концептуальный вклад в развитие синергетики внёс академик Н. Н. Моисеев — идеи универсального эволюционизма и коэволюции человека и природы.
Математический аппарат теории катастроф, пригодный для описания многих процессов самоорганизации, разработан российским математиком В. И. Арнольдом и французским математиком Рене Томом.
В рамках школы академика А. А. Самарского и члена-корреспондента РАН С. П. Курдюмова разработана теория самоорганизации на базе математических моделей и вычислительного эксперимента (включая теорию развития в режиме с обострением).
Синергетический подход в биофизике развивается в трудах членов-корреспондентов РАН М. В. Волькенштейна и Д. С. Чернавского.
Синергетический подход в теоретической истории (историческая математика) с подразделами клиодинамика и клиометрика, развивается в работах Д. С. Чернавского, Г. Г. Малинецкого, Л. И. Бородкина, С. П. Капицы, А. В. Коротаева, С. Ю. Малкова, П. В. Турчина, А. П. Назаретяна и др. [5]
Приложения синергетики распределились между различными направлениями:
Синергетический подход в естествознании
Синергетика объясняет процесс самоорганизации в сложных системах следующим образом:
Псевдосинергетика
Опасность такого интенсивного внедрения «синергетики» в науки, особенно в общественные, заключалась в полном непонимании того, что такое синергетика, в неизбежном назывании применением синергетического подхода простого сопровождения словом «синергетика» различных необоснованных утверждений, выдаваемых за научные, и результирующем отбрасывании нормальных наработанных методов конкретных наук. И это формальное и поверхностное «обращение к синергетике», становясь по понятным причинам массовым, должно было порождать и породило целое, вполне самостоятельное и даже обособленное, сообщество взаимно довольных, друг друга поддерживающих и никем не критикуемых деятелей, занимающихся схоластической псевдонаукой.
[…] заявляемые предложения новых, каких-то синергетических подходов здесь в действительности оборачиваются, в первую очередь, отбрасыванием прежних, уже апробированных подходов и теорий, прерыванием естественного развития познания и наук и предложением взамен прежнего теперь в лучшем случае пустышек — просто неконкретной предисловий и обещаний, а в худшем — отвлечением внимания от нормальной науки и её дискредитацией.
Что такое синергетическая система
Синергетика. Наука синергетика.
Синергетика является междисциплинарным подходом, поскольку принципы, управляющие процессами самоорганизации, представляются одними и теми же безотносительно природы систем, и для их описания должен быть пригоден общий математический аппарат.
Синергетика. История синергетики. История современной синергетики.
Автором термина «синергетика», предложившим его впервые является американский архитектор и изобретатель Ричард Бакминстер Фуллер.
В течение своей жизни Ричард Фуллер задавался вопросом относительно того, есть ли у человечества шанс на долгосрочное и успешное выживание на планете Земля и если да, то каким образом. Считая себя заурядным индивидом без особых денежных средств или учёной степени, Ричард Фуллер решил посвятить свою жизнь этому вопросу, пытаясь выяснить, что личности вроде него могут сделать для улучшения положения человечества из того, что большие организации, правительства или частные предприятия не могут выполнить в силу своей природы.
На протяжении этого жизненного эксперимента Ричард Бакминстер Фуллер написал двадцать восемь книг, и стал автором таких терминов как «космический корабль «Земля»», «эфемеризация», и в том числе «синергетика».
Сэр Чарльз Скотт Шеррингтон, британский учёный в области физиологии и нейробиологии, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1932 года, называл в рамках своих исследований синергетическим, или интегративным, согласованное воздействие нервной системы (спинного мозга) при управлении мышечными движениями.
Другой ученый, И. Забуский, занимавшийся исследованием сложных систем в ограниченности по отдельности как аналитического, так и численного подхода к решению нелинейных задач, в 1967 году, пришёл к выводу о необходимости применения единого «синергетического» подхода, понимая под этим «…совместное использование обычного анализа и численной машинной математики для получения решений разумно поставленных вопросов математического и физического содержания системы уравнений».
И лишь в 1977 году, определение термина «синергетика», близкое к современному его пониманию, дал Герман Хакен в своей книге «Синергетика».
Определение термина «синергетика», близкое к современному пониманию, ввёл Герман Хакен в 1977 году в своей книге «Синергетика».
С этого момента и принято отсчитывать развитие «синергетики» как науки.
Синергетика. Предмет синергетики.
Область исследований синергетики чётко не определена и вряд ли может быть ограничена какими-то рамками, так как её интересы распространяются на все отрасли естествознания. Общим признаком является рассмотрение динамики любых необратимых процессов и возникновения принципиальных новаций.
Математический аппарат синергетики, который кстати продолжает развиваться, скомбинирован из разных инновационных отраслей теоретической физики и математики: нелинейной неравновесной термодинамики, теории катастроф, теории групп, тензорного анализа, дифференциальной топологии, неравновесной статистической физики.
Синергетика. Школы синергетической науки.
В мире существуют несколько школ, в рамках которых активно развивается синергетический подход:
1.Школа нелинейной оптики, квантовой механики и статистической физики Германа Хакена, с 1960 года профессора Института теоретической физики в Штутгарте.
В 1973 году он объединил большую группу учёных вокруг шпрингеровской серии книг по синергетике, в рамках которой к настоящему времени увидели свет 69 томов с широким спектром теоретических, прикладных и научно-популярных работ, основанных на методологии синергетики: от физики твёрдого тела и лазерной техники и до биофизики и проблем искусственного интеллекта.
2.Физико-химическая и математико-физическая Брюссельская школа Ильи Пригожина, в русле которой формулировались первые теоремы, разрабатывалась математическая теория поведения диссипативных структур (термин Пригожина), раскрывались исторические предпосылки и провозглашались мировоззренческие основания теории самоорганизации, как парадигмы универсального эволюционизма.
Эта школа, основные представители которой работают теперь в США, не пользуется термином «синергетика», а предпочитает называть разработанную ими методологию «теорией диссипативных структур» или просто «неравновесной термодинамикой», подчёркивая преемственность своей школы первым пионерским работам Ларса Онзагера в области необратимых химических реакций (1931).
3.Российская школа синергетики и её представители. У российской школы синергетики есть свои богатые традиции и достижения.
Так, академик Н. Н. Моисеев дополнил теоритические основы синергетики идеями универсального эволюционизма и коэволюции человека и природы.
Российским математиком В. И. Арнольдом совместно с французским математиком Рене Томом, разработан и предложен математический аппарат теории катастроф, пригодный для описания многих процессов самоорганизации.
В рамках школы, руководимой академиком А. А. Самарским и членом-корреспондентом РАН С. П. Курдюмовым, разработана теория самоорганизации на базе математических моделей и вычислительного эксперимента (включая теорию развития в режиме с обострением).
Синергетика. Синергетический подход в естествознании.
Основные принципы, сформированные синергетической наукой для синергетических исследований в естествознании:
— Связь между открытыми системами осуществляется через хаотическое, неравновесное состояние систем соседствующих уровней.
— Когда нелинейные динамические системы объединяются, новое образование не равно сумме частей, а образует систему другой организации или систему иного уровня.
— Общее для всех эволюционирующих систем: неравновесность, спонтанное образование новых микроскопических (локальных) образований, изменения на макроскопическом (системном) уровне, возникновение новых свойств системы, этапы самоорганизации и фиксации новых качеств системы.
— При переходе от неупорядоченного состояния к состоянию порядка все развивающиеся системы ведут себя одинаково (в том смысле, что для описания всего многообразия их эволюций пригоден обобщённый математический аппарат синергетики).
— Развивающиеся системы всегда открыты и обмениваются энергией и веществом с внешней средой, за счёт чего и происходят процессы локальной упорядоченности и самоорганизации.
— В сильно неравновесных состояниях системы начинают воспринимать те факторы воздействия извне, которые они бы не восприняли в более равновесном состоянии.
Синергетика. Синергетические принципы самоорганизации.
Синергетика объясняет процесс самоорганизации в сложных системах и определяет его возможности следующими условиями:
— Система должна быть открытой. Закрытая система в соответствии с законами термодинамики должна в конечном итоге прийти к состоянию с максимальной энтропией и прекратить любые эволюции.
— Открытая система должна быть достаточно далека от точки термодинамического равновесия. В точке равновесия сколь угодно сложная система обладает максимальной энтропией и не способна к какой-либо самоорганизации. В положении, близком к равновесию и без достаточного притока энергии извне, любая система со временем ещё более приблизится к равновесию и перестанет изменять своё состояние. Ни одна открытая система не может бесконечно сохранять своё равновесие. Ни одна закрытая система не может бесконечно оставаться закрытой. Абсолютное равновесие природой не допустимо.
— Фундаментальным принципом самоорганизации служит возникновение нового порядка и усложнение систем через флуктуации (случайные отклонения) состояний их элементов и подсистем. Такие флуктуации обычно подавляются во всех динамически стабильных и адаптивных системах за счёт отрицательных обратных связей, обеспечивающих сохранение структуры и близкого к равновесию состояния системы. Но в более сложных открытых системах, благодаря притоку энергии извне и усилению неравновесности, отклонения со временем возрастают, накапливаются, вызывают эффект коллективного поведения элементов и подсистем и, в конце концов, приводят к «расшатыванию» прежнего порядка и через относительно кратковременное хаотическое состояние системы приводят либо к разрушению прежней структуры, либо к возникновению нового порядка. Поскольку флуктуации носят случайный характер, то состояние системы после бифуркации обусловлено действием суммы случайных факторов.
— Самоорганизация, имеющая своим исходом образование через этап хаоса нового порядка или новых структур, может произойти лишь в системах достаточного уровня сложности, обладающих определённым количеством взаимодействующих между собой элементов, имеющих некоторые критические параметры связи и относительно высокие значения вероятностей своих флуктуаций. В противном случае эффекты от синергетического взаимодействия будут недостаточны для появления коллективного поведения элементов системы и тем самым возникновения самоорганизации. Недостаточно сложные системы не способны ни к спонтанной адаптации ни, тем более, к развитию и при получении извне чрезмерного количества энергии теряют свою структуру и необратимо разрушаются.
Синергетика. Современная синергетика.
В обозначенных структурах и системах неприменимы ни второе начало термодинамики, ни теорема Пригожина о минимуме скорости производства энтропии, что может и должно привести к образованию новых структур и систем, в том числе и более сложных, чем исходные. В отдельных случаях образование новых структур имеет регулярный, волновой характер, и тогда они называются автоволновыми процессами (по аналогии с автоколебаниями).
Феномен появления новых природных структур часто трактуется синергетикой как всеобщий механизм повсеместно наблюдаемого в природе направления эволюции: от элементарного и примитивного к сложносоставному и более совершенному.
Современная синергетика. Глобальный эволюционизм.
С мировоззренческой точки зрения синергетику иногда позиционируют как «глобальный эволюционизм» или «универсальную теорию эволюции», дающую единую основу для описания механизмов возникновения любых новаций, подобно тому, как некогда кибернетика определялась, как «универсальная теория управления», одинаково пригодная для описания любых операций регулирования и оптимизации: в природе, в технике, в обществе и так далее. Однако время показало, что всеобщий кибернетический подход оправдал далеко не все возлагавшиеся на него надежды. Соответственно, и расширительное толкование применимости методов синергетики ко всем проявлениям эволюции и коэволюции, также находит оппозицию и подвергается критике и широкой дискуссии.
Синергетика и законы природы. Синергетика как наука. Синергетика как научный подход и метод. Универсальная теория эволюции – синергетика.
Что такое синергетика — простыми словами
Синергетика — это область знания, которая изучает, как сочетаются и объединяются объекты друг с другом
Синергетика — относительно новое направление в науке, она возникла в 70-е гг. ХХ века и в принципе, синергетика — это область знания, которая изучает, как сочетаются и объединяются объекты друг с другом. В природе существуют принципы, пока еще мало изученные, соответствия и подобия объектов друг другу.
Какие-то объекты подходят друг другу и образуют цепочки, системы и т.д., а другие нет. Соответственно, у определенных объектов, например, у людей, есть определенные правила сочетания, по которым люди сочетаются и создают системы.
И если в эту систему мы можем еще одного человека добавить или несколько миллионов, то эта система станет больше, в ней проявятся новые иерархии, законы и т.д., а если мы добавим в нее 100 миллионов человек, то она развалится.
Синергетика изучает, как и по каким принципам, правилам и законам сочетаются люди друг с другом начиная с сочетания двух людей, которые могут стать друзьями или создать семью и заканчивая сочетанием больших обществ, из которых можно построить государство или создать союзы государств, чтобы они не развалились.
О чем говорит синергетика?
Область знания, которая изучает как сочетаются объекты, называется — синергетика. Синергетика говорит о том, что те системы, которые существуют в обществе, это не самый высокий уровень систем, которые могут существовать.
Если правильно понять сочетания людей и обществ друг с другом, понять, как правильно сочетаться и объединяться, то можно слиться, в единое человечество.
И у людей не будет проблем с тем, чтобы сосуществовать в таком едином человечестве, при условии, что мы найдем принципы объединения людей, которые подходят всем людям. Это важно еще с точки зрения того, что в какой-то момент, любое локальное сочетание людей, такое как государство или союз из нескольких государств, подходит к границе своего развития и дальше расти не может.
И тогда возникает опасная ситуация развала этой системы или еще более опасная в условиях глобализации — война. Синергетический подход к решению системных проблем состоит в том, чтобы рассматривать проблемы комплексно, чтобы проблемы и решение в одной области, не приводили к катастрофе в другой.
Применительно к политике
Применительно к политике, синергетика приводит к выводу, что все мы — пассажиры одной конечной планеты — космического корабля Земля, как сказал Ричард Фуллер.
Фуллер был американским философом и математиком, который собственно создал термин «синергетика» в 1927 году, в рамках своих исследований в области классической механики. А затем, этот термин распространился на более широкий круг природных явлений и общественных систем.
Фуллер считал, что совокупность отдельных, конкурирующих друг с другом частей системы, называемых нациями, рано или поздно приводит к уничтожению друг друга. Синергетика, по Фуллеру, должна упорядочить мир в доброжелательный мир, и как это сделать — на эти вопросы должна ответить синергетика, следовательно, это также основа для оптимистического вывода о потенциальном будущем человека.
В сознании каждого человека заложена формула, согласно которой мы можем сочетаться с определенными людьми и группами людей, и с ними мы можем построить союз, государство. Однако, в мире существуют миллиарды людей, с которыми мы сочетаться не можем или не знаем, по каким принципам это делать.
И когда эти группы людей сталкиваются друг с другом в глобальном мире, это создает проблемную ситуацию, а это всегда болезненный процесс. Чтобы человечество не разрушило друг друга, нужно повернуть людей друг к другу, т.е. объединить, иначе общее состояние человечества будет ухудшаться с каждым годом.
Как объединить людей?
С одной стороны, кажется, что невозможно объединить людей и группы людей друг с другом, наш мир слишком противоречивый, чтобы придти хотя бы к компромиссу.
С другой — современный кризис всей системы общественных отношений, глобальный недостаток ресурсов, проблемы, которые невозможно решить в одиночку, каким бы экономически и технологически сильным не было государство — все это не оставляет шансов на то, что люди не начнут сближение друг с другом.
Проблема в том, что каждый человек видит себя отдельным индивидуумом, а не частью системы. Соответственно, изменение структуры человечества, как системы, возможно, только если показать людям, что они получат от объединения — реальный шанс изменить к лучшему жизнь отдельного человека и человечества в целом.
Понимание человечества как единого целого является центральным принципом синергетики. Синергетические модели ставят важные вопросы, такие как: Как мы понимаем объединение? Какова наша роль как личности, составляющей большую систему? Как разрешить конфликт между индивидуумом и коллективом? Каковы границы системы, к которой мы принадлежим?
По мере того, как мы углубляемся в понимание этих вопросов, мы увеличиваем нашу способность воспринимать человечество как единое целое, а по мере смены парадигмы восприятия, мы обнаружим, что объединение — фундаментальный принцип природы, существующий на всех уровнях природы.
Мы все — единое целое
Фуллер часто говорил о своей жизни и достижениях как о том, чего может достичь обычный, средний, здоровый человек, сосредоточив свое внимание и энергию на улучшении человечества и понимании человечества, как единого целого. Эта тема, над которой годами размышляют ученые, изучающие синергетику.
Многие из них, как и Фуллер в конце концов пришли к выводу, что бесполезно пытаться решать любые глобальные, даже локальные проблемы в рамках политики, экономики, денег. Мы должны осознать, что необходимо освободить человечество от этих ложных фиксаций, которые, кажутся, только и связывают людей друг с другом, а на самом деле, ведут человечество к кризису и катастрофе.
Мировое сообщество как система, построено на взаимодействии многих систем и если рухнет одна, рухнут и все остальные. Такие системы называются «сложные системы» и состоят из единого комплекса систем. Так было не всегда.
До распада советского блока, локальные проблемы, такие как например, коронавирус, не распространялись по цепочки связей на всё человечество и если одна система погибала вообще, то другие части мирового общества этого почти не чувствовали, а непосредственные соседи могли извлечь из этого пользу.
С конца 80-х гг. мир вошел в этап закрытой интегральности, когда все страны мира связаны со всеми и любая проблема, в любой части мира ухудшает шансы на выживание всей системы. Мы живем в сложном и многосвязном мире. Любая проблема, способна запустить необратимые разрушительные процессы в мире.
Международная политика как она есть (сегодня) – это дико конкурентная, дико жестокая, дико несправедливая и эгоистическая политика. Каждый сам за себя, никому нет дела до других. В такой ситуации, любые действия любого государства ухудшают положение в мире, поскольку, никто ни с кем практически не считается.
Но мы продолжаем предполагать, что будет лучше если мы сделаем так и так. Человек всё время ищет выход, но не там, не в той плоскости и фактически отдаляется от решения и получает отрицательную реакцию.
Потому, что решать нужно не финансовые, экономические и т.д. проблемы, а использовать проблемы в экономике, финансах и т.д. для решения всего одной — системной и согласно синергетики, это решение только в одном — в объединении.
Программные продукты и системы
Публикационная активность
(сведения по итогам 2020 г.)
2-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,493
2-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,425
Двухлетний импакт-фактор РИНЦ с учетом цитирования из всех
источников: 0,932
5-летний импакт-фактор РИНЦ: 0,455
5-летний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования: 0,414
Суммарное число цитирований журнала в РИНЦ: 8847
Пятилетний индекс Херфиндаля по цитирующим журналам: 165
Индекс Херфиндаля по организациям авторов: 255
Десятилетний индекс Хирша: 20
Место в общем рейтинге SCIENCE INDEX за 2020 год: 165
Место в рейтинге SCIENCE INDEX за 2020 год по тематике «Автоматика. Вычислительная техника»: 4
Добавить в закладки
Следующий номер на сайте
Выпуски
Свежий выпуск
В этом номере журнала рассмотрена реализация многофункциональной web-системы регистрации и учета результатов интеллектуальной деятельности ученых.
Проведена диагностика состояния технического объекта с помощью классификации методами машинного обучения.
Разработан программный комплекс для компьютерного моделирования процессов параметрической идентификации математических моделей конвективно-диффузионного переноса.
Представлена онтологическая модель цифрового паспорта изделия для приборостроительной отрасли и затронуты многие другие актуальные темы.
темы номера
Объявления редакции
Новости информационных технологий
В Сибирском государственном индустриальном университете рассмотрена имитационная модель физико-химических процессов в колонном струйно-эмульсионном реакторе. (15.12.2021)
Модель, разработанная и реализованная в данном исследовании, позволит оптимально управлять сырьевыми и топливно-энергетическими ресурсами в металлургическом производстве, для чего в дальнейшем потребуется учитывать процессы нагрева, плавления веществ в колонном реакторе, а также эндотермические и экзотермические реакции на уровне частиц.
В Санкт-Петербургском государственном университете промышленных технологий и дизайна проведено сравнение функциональных возможностей и особенностей ПО для видео-конференц-связи. (01.12.2021)
В работе Выявлены тенденции в применении программных средств видео-конференц-связи в российском дистанционном обучении – переход на использование корпоративных решений Microsoft, совместное использование Office 365 и Microsoft Teams, широкое применение программного средства Zoom.
В НИИ «Центрпрограммсистем» предложен метод решения проблемы распределения вычислительных и энергетических ресурсов многофункциональной многоканальной радиолокационной станции с активной фазированной антенной решеткой. (24.11.2021)
Целью статьи является демонстрация результатов моделирования работы радарного планировщика, показывающих, как с помощью разработанных моделей можно осуществлять анализ и прогноз наличия временных и энергетических ресурсов, а также перераспределять их между задачами радара.
В военной академии воздушно-космической обороны им. Г.К. Жукова рассмотрены вопросы построения программных средств в моделирующих комплексах военного назначения, позволяющих сократить временные затраты на ввод исходных данных в процессе моделирования боевых действий в воздушно-космической сфере. (17.11.2021)
Целью данной статьи является оценка влияния замены действительных значений входных параметров об ударе вероятного воздушно-космического противника значениями по умолчанию на показатели результатов имитационного моделирования боевых действий.
В Центре визуализации и спутниковых информационных технологий ФНЦ НИИСИ РАН рассматриваются подходы к проектированию драйвера контроллера вывода на экран для встраиваемых систем, в которых, как правило, применяются системы на кристалле и современные операционные системы реального времени. (10.11.2021)
В статье приведены общие принципы работы контроллеров вывода на экран, в том числе реализация оверлеев, предназначенных для отображения видеопотоков на одном экране либо достижения эффекта, подобного хромакеингу, возможности аппаратной поддержки двух и более дисплеев.