Синергетика наука о самоорганизации Голлай Александр 1

Синергетика – наука о самоорганизации Голлай Александр 1

Открытые и закрытые системы 2

Открытые и закрытые системы Система Закрытая Открытые —обмениваются энергией или веществом (можно было бы добавить: и информацией) с окружающей средой. 3

Закрытые системы 4

Энтропия мера хаоса Энтропия 5

Энтропия мера хаоса 6

II. закон термодинамики. Возрастание энтропии Термодинамическому равновесию системы, в которую не поступает энергия извне, соответствует состояние с МАКСИМУМОМ ЭНТРОПИИ. Равновесие, которому соответствует наибольший максимум энтропии, называется абсолютно устойчивым. Таким образом, увеличение энтропии системы означает переход в состояние, имеющее большую вероятность. 7

Возрастание энтропии 8

Возрастание энтропии 9

Тепловая смерть В конце ХХ века в классической физике Вселенную рассматривали как замкнутую систему и предсказывали, что её ждет «тепловая смерть» - это когда атомы и молекулы равномерно распределяются в пространстве и какие –либо изменения и развития прекращаются!!!! 10

III закон термодинамики Если Т→ 0 (температура), S → 0 (энтропия) 11

Закрытые системы. Вывод В неживой природе в замкнутых системах идут процессы в направлении от порядка к хаосу (в них информация уменьшается). 12

Открытие системы 13

Открытые системы В открытых системах закон возрастания энтропии может не соблюдаться! 14

Примеры открытых систем 15

Ячейки Бенара 16

Реакция Белоусова-Жаботинского 17

Замечание Самоорганизация вещества – один из самых удивительных эффектов, с которым мы сталкиваемся при исследовании жидкостей и ТТ. Подобные наблюдения ставят под сомнение основополагающие представления, но тем самым открывают новые пути осмысления процессов, происходящих в природе, пути, которые легли в основу научного направления – физика открытых систем. 18

19

20

Эволюция человека : -) Открытая система Закрытая система 21

Открытые системы. Вывод В открытых системах может происходить усложнение структуры и , следовательно, информация, являющаяся мерой упорядочения элементов системы, возрастает. 22

Синергетика как наука 23

Синергетика (от греч. «совместно» и «действующий» ) — междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации систем (состоящих из подсистем). 24

Синергетика (междисциплинарный подход) 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 быть пригоден общий математический аппарат. 25

Синергетика (глобальная наука) 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 т. п. и т. д. 26

Синергетика (критика) Однако время показало, что всеобщий кибернетический подход оправдал далеко не все возлагавшиеся на него надежды. Аналогично — и расширительное толкование применимости методов синергетики также подвергается критике 27

Основные принципы 28

1. В неравновесных условиях хаотическое состояние сложной системы может самопроизвольно сменяться различными формами самоорганизации. 29

Илья Рома нович Приго жин 1917 - 2003 • Бельгийский и американский физик и химик российского происхождения, лауреат Нобелевской премии 1977 по химии, виконт Бельгии (в 1989 г. ). • В 1982 г. – иностранный член АН СССР 30

И. Р. Пригожин Одно из главных достижений - показано существование неравновесных термодинамических систем, которые при определённых условиях, поглощая вещество и энергию из окружающего пространства, могут совершать качественный скачок к усложнению (диссипативные структуры). 31

Диссипативные структуры Диссипативные структуры - пространственно-временные структуры, которые могут возникать вдали от равновесия в нелинейной области при критических значениях параметров системы называются диссипативными структурами 32

Причём такой скачок не может быть предсказан, исходя из классических законов статистики. 33

Бифуркация - приобретение нового качества движения динамической системы при малом изменении ее параметров (возникает при некотором критическом значении параметра нового решения уравнений) 34

Теорема о минимуме производства энтропии в открытой системе Суть теоремы Пригожина заключается в том, что стационарное состояние, к которому необратимо стремится линейная термодинамическая система, должно отличаться тем, что в нём перенос энтропии в окружающую среду настолько мал, насколько это позволяют наложенные на систему граничные условия. В этом смысле равновесное состояние соответствует тому частному случаю, когда граничные условия допускают бесконечно малое производство энтропии. Иначе говоря, теорема о минимуме производства энтропии отражает своеобразную инерцию системы: если граничные условия мешают системе достичь состояния термодинамического равновесия, она стремится к состоянию, настолько близкому к состоянию равновесия, насколько это ей позволяют обстоятельства, т. е. обмен веществом и энергией с окружающей средой. 35

Синергетический эффект • возрастание эффективности деятельности в результате интеграции, слияния отдельных частей в единую систему за счёт системного эффекта (эмерджентности). • Пример: Обмен яблоками не приводит к синергетическому эффекту, так как яблок остаётся, по-прежнему, по одному. Обмен идеями приводит к синергетическому эффекту, так как в результате идей становится по две. 36

Примеры синергетического эффекта • Соединение (взаимодействие - синерги зм) двух и более кусков радиоактивного материала при превышении критической массы в сумме дают выделение энергии, превосходящее излучение энергии простого суммирования отдельных кусков. • Знания и усилия нескольких человек могут организовываться таким образом, что они взаимно усиливаются. • Прибыль после слияния двух компаний может превосходить сумму прибылей этих компаний до объединения. • Целое больше простой суммы своих частей (Аристотель) 37

Синерги я в биологии Под синерги змом в биологии понимается совместное и однородное функционирование органов (например, мышц) и/или систем. 38

Синерги я в медицине Под синерги змом в медицине понимается комбинированное действие лекарственных веществ на организм, при котором суммированный эффект превышает действие, оказываемое каждым компонентом в отдельности. 39

Герман Хакен Определение термина «синергетика» , близкое к современному пониманию, ввёл в 1977 в своей книге «Синергетика» 40

Герман Хакен (Hermann Haken) p. 1927 немецкий физик-теоретик, основатель синергетики. изучал физику и математику в ун-тах Галле и Эрлангена • получил степени доктора философии и доктора естественных наук. • • 41

Герман Хакен (Hermann Haken) • «Принципы работы головного мозга» , 2010 • Книга «Тайны восприятия» , 2010, посвящена системологическим и синергетическим аспектам человека, его восприятия окружающего мира. 42

Герман Хакен (Hermann Haken) Главная идея этой книги такова: • человеческий мозг является самоорганизующейся системой. И хотя эта система — самая сложная из всех известных нам, она все же соответствует принципам синергетики. 43

Герман Хакен (Hermann Haken) Знаменитая книга «Тайны природы» Ее первейшая цель — донести до читателя идеи синергетики, позволяющие познать удивительные, необычайно разнообразные, организованные структуры, созданные самой природой. 44

Философские проблемы синергетики 45

Проблемы синергетики Философия нестабильности Феномен нестабильности приводит к нетривиальным и серьёзным проблемам, первая из которых — проблема предсказания. 46

Непредсказуемость Нестабильность, непредсказуемость и, в конечном счёте, время как сущностная переменная стали играть теперь немаловажную роль в преодолении той разобщённости, которая всегда существовала между социальными исследованиями и науками о природе. 47