КОНЦЕПЦИИ САМООРГАНИЗАЦИИ И ЭВОЛЮЦИИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ. - презентация

1 КОНЦЕПЦИИ САМООРГАНИЗАЦИИ И ЭВОЛЮЦИИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

2 ВОЗНИКНОВЕНИЕ И СТАНОВЛЕНИЕ ПОНЯТИЙ САМООРГАНИЗАЦИИ И ЭВОЛЮЦИИ Прорыв в понимании того, как инертная материя может приобретать свойства самоорганизации, произошел в последней четверти ХХ века, и, естественно вызвал взрыв интереса к попыткам построения единой теории самоорганизации. Абстрактная формулировка идеи всеобщего эволюционизма сменилась на научную оформленную теорию.

3 Разработка теоретического механизма всеобщего эволюционизма осуществилась после закрепления в естественных науках синергетического подхода.

4 Синергетика - наука о самоорганизации физических, биологических и социальных систем. Синергетика разрушает многие наши привычные представления. Вплоть до настоящего времени многих пугает хаос. Хаос представляют сугубо деструктивным началом мира.

5 Хаос – беспорядочное, бесформенное, неопределенное состояние вещей; беспорядок, неразбериха; в античной космогонии – первобытное состояние беспредельная первобытная масса или первовещество, из которого возник или был создан рукой Творца мир как упорядоченный космос.

6 Самоорганизация – процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы. Процессы самоорганизации встречаются в системах высокого уровня сложности, обладающих большим количеством элементов, связи между которыми имеют нежесткий характер. Система называется самоорганизующейся, если она стремиться сохранить свои свойства и природу протекающих процессов за счет структурных изменений.

7 Знание основных закономерностей самоорганизации дает нам возможность : Перейти к целенаправленному конструированию искусственных активных средств, процессов самоорганизации, которые приводили к образованию нужных структур. Вмешиваться в деятельность существующих биологических организмов и живых систем и управлять ими.

8 Так же целенаправленно формировать живые системы, чтобы они образовывали в своем развитии нужные нам пространственные структуры или обладали желательным временным поведением.

9 Синергетика – это некий методологический подход, говорящий об общности интересов и математических методов исследования родственных нелинейных явлений в разных областях наук на основе изучения сложных явлении самоорганизации. Задача синергетики состоит в нахождении и подробном исследовании тех базовых математических моделей активных сред, которые исходят из наиболее типичных предположений о свойствах отдельных активных элементов и законах взаимодействия между ними.

10 Основой синергетики служат единство явлений, моделей и методов, с которыми приходиться сталкиваться при исследовании процессов «возникновения порядка из беспорядка».

11 Идеи и представления синергетики становиться очевидным, что сложноорганизованным системам нельзя навязывать пути их развития демонстрирует нам, каким образом и почему хаос может выступать в качестве созидающего начала; свидетельствует о том, что для сложных систем существует несколько альтернативных путей развития; открывает новые принципы суперпозиции ;

12 дает знание о том, как надлежащим образом оперировать со сложными системами и как эффективно управлять ими; раскрывает закономерности и условия протекания быстрых, лавинообразных процессов и процессов нелинейного, сомостимулируещего роста.

13 Ключевые положения синергетики Исследуемые системы из нескольких или многих одинаковых или разнородных частей, которые находятся во взаимодействии; Системы являются нелинейными; При рассмотрении физических, химических и биологических систем речь идет об открытых системах, далеких от теплового равновесия; Системы подвержены внутренним и внешним колебаниям; Системы могут стать нестабильными ;

14 Ключевые положения синергетики Происходят качественные изменения; В системах обнаруживаются эмерджентные новые качества; Возникают пространственные, временные, пространственно-временные или функциональные системы; Структуры могут быть упорядоченными или хаотическими; Во многих случаях возможна математизация.

15 Физика и математика на пути к рождению динамики нового уровня. Все более углубляющийся уровень научного познания расширил эффективный диапазон научного знания. В XVII веке галлилеева физика описывала механические процессы на поверхности Земли. Позднее ньютоновская механика распространила это описание на все тела, движущиеся в инерциальных системах отчета. В начале ХХ века Эйнштейн расширил сферу применимости физических законов, включив в нее ускоренные системы отсчета, движущиеся со скоростями вплоть до скорости света.

16 Классическая термодинамика занималась изучением превращения в замкнутых системах свободной энергии в тепловую с последующим превращением порядка в случайность.

17 Классическая термодинамика занималась изучением превращения в замкнутых системах свободной энергии в тепловую с последующим превращение порядка в случайность. Математические закономерности процессов горения и диффузии – это одна из из наиболее распространенных на современном этапе моделей, претендующая на объяснение многих парадоксальных процессов самоорганизации.

18 Расширение областей исследования больших неравновесных систем привело к открытию в них устойчивых состояний, их стали называть «странные аттракторы». С возникновением неравновесной термодинамики и теории «Большого Взрыва», равно как и космологии с многократно повторяющимися циклами, статистическая необратимость вошла в физические науки.

19 Теория сложных нелинейных систем стала успешным подходом к решению проблем в естественных науках: от физики лазеров и твердого тела, химии и метеорологии до моделей биологического, нейронного и экологического развития. Во всех этих случаях самоорганизация означает четко определенный фазовый подход, происходящий в условиях теплового равновесия, вблизи и вдали от него. Приложения самоорганизации имеют свей целью создание математических моделей с нелинейной динамикой и хорошо определенными социоэкономическими параметрами..

20 Поведение нелинейных физических систем принципиально отличается от линейных. Наиболее характерным отличием является нарушение в них принципа суперпозиции. В нелинейных системах результат каждого из воздействий в присутствии другого оказывается иным, чем в случае отсутствия последнего. Математическое исследования природы линейности и нелинейности так или иначе обуславливались потребностями физики, особенно нелинейности теории колебаний. Учет нелинейности оказывается осуществляется при описании турбулентного движения.

21 Выдающиеся физики и их работы. Ларс Онсагер, «Соотношение взаимности в необратимых процессах» Илья Пригожин – диссертация о поведении сильно неравновесных систем. Аарон Качальский и П. Ф. Каран – разработка математических основ новой науки – неравновесной термодинамики. Э. Лоренц исследование «странных аттракторы».

22 Роль синергетического познания в проблеме двух культур В синергетике, как в новом междисциплинарном направлении сфокусированы главные, ключевые особенности парадигмы постнеклассической науки, обусловленные, прежде всего присущей ей нелинейным стилем мышления, плюрализмом, неоднозначностью теоретических представлений и формулировок, новым пониманием роли хаоса в мироздании как его необходимого конструктивного начала, как необходимый созидательный момент общей картины становящейся, самоорганизующейся реальности.

23 Мир синергетики – это мир, котором жизнь и человек существуют неслучайно, а антропный принцип выступает в качестве фактически центрального интегрального принципа самоорганизации. Существует синергетика нескольких порядков: первого порядка – синергетика наблюдаемых систем; второго порядка – синергетика наблюдающих систем, находящихся в отношении дополнительности друг к другу;

24 третьего порядка – синергетика человека со своим внутренним языковым пространством исследовательского поиска подлинно личностных и эволюционных оснований.

25 Глобальный эволюционизм Первые ростки развития физических систем возникли в термодинамике, сначала появилось понятие энтропии, затем представление о необратимости термодинамических процессов, зависящих от времени. Как говориться, лед тронулся. В физику проникла «стрела времени», но до открытости систем дело еще не доходило. Эволюционные идеи в разных науках развивались изолированно друг от друга, не было стержневой, объединяющей идеи универсальной эволюции в космогенезе, геогенезе, биогеценезе, антропосоциогезенезе. Но такая концепция все-таки существует и имеет название глобальный эволюционизм.

26 В этой концепции Вселенная представляет как развивающееся во времени природное целое,а вся история Вселенной от «Большого Взрыва» до возникновения человечества рассматривается как единый процесс, в котором космический, химический, биологический и социальный типы эволюции преемственно и генетически связаны между собой. Космохимия, геохимия, биохимия отражают здесь фундаментальные переходы в эволюции молекулярных систем и неизбежности и превращения в органическую материю.

27 В настоящее время идея глобального эволюционизма – это не только констатирующее положение, но и регулятивный принцип. С одной стороны, он дает представление о мире как о целостности, позволяет мыслить общие законы бытия в их единстве, а с другой – ориентирует современное естествознание на выявление конкретных закономерностей глобальной эволюции материи на всех её структурных уровнях, на всех этапах самоорганизации.

28 О теории катастроф. Теория катастроф возникла в конце 60х годов ХХ столетия благодаря французскому математику Рене Тому. Бум, который возник в обществе в связи с новой теорией, был таков, что стали писать о перевороте в математике, о том, что теория катастроф дает универсальный рецепт для исследования. Появились многие сотни научных и околонаучных публикаций в которых теория применялась в эмбриологии и психологии, кардиологии и лингвистике, социологии и геологии, к проблемам психических расстройств и поведению биржевых игроков, о влиянии алкоголя на водителей.

29 Термин «теория катастроф» был придуман для обозначения качественного изменения объекта при плавном изменении параметров от которых объект зависит.

30 Математическая теория катастроф сама по себе не предотвращает катастрофы, но теория дает прогноз. Трудность решения большинства современных проблем связана с их имманентной принципиальной нелинейностью. Привычные методы получения решений и управления, при которых результаты пропорциональны усилиям, тут не действуют и нужно вырабатывать нелинейную интуицию, основанную на парадоксальных выводах нелинейной теории.

31 Выводы, следующие из теории: постепенное движение в сторону лучшего состояния сразу же приводит к ухудшению. Скорость ухудшения при равномерном движении к лучшему состоянию увеличивается. по мере движения от худшего состояния к лучшему сопротивление системы растет. максимум сопротивления достигается раньше, чем самое плохое состояние, через которое нужно пройти для достижения лучшего. После прохождения максимума сопротивления состояние продолжает ухудшаться.

32 По мере приближения к самому плохому состоянию сопротивление, начиная с некоторого момента, начинает уменьшаться, и как только самое плохое состояние пройдено, не только полностью исчезает сопротивление, но система начинает «притягиваться» лучшему состоянию. Слабо развитая система может перейти в лучшее состояние почти без предварительного ухудшения, в то время как развитая система, в силу своей устойчивости, на такое постепенное, непрерывное улучшение неспособна.

33 Если систему удается сразу, скачком, а не непрерывно, перевести из плохого устойчивого состояния достаточно близко к хорошем, то дальше она сама собой будет эволюционировать в сторону хорошего состояния. Теория катастроф дает возможность получить и количественные модели. Но в некоторых случаях качественные выводы теории катастроф представляются более важными и даже более надежными: они мало зависят от деталей при решении проблем сложности.