Кибернетика и синергетика наука о самоорганизующихся системах

юридический факультет заочное обучение

специальность – юриспруденция

Контрольная работа №

По концепции современного естествознания.

На тему кибернетика и синергетика – науки о самоорганизующихся системах.

Слушатель Глазков Э.Н. курс учебная группа

|Дата отправки на факультет: |Место работы и занимаемая должность:|

| | |

| | |

| | |

|Дата регистрации работы факультетом:|Индекс, почтовый адрес слушателя: |

| | |

| | |

2000 г.

Оглавление.

1. Кибернетика как наука, основные понятия кибернетик ……………………………. 1

2. Вклад кибернетики в научную картину мира ………………………………………… 9

3. От хаоса к порядку. Синергетика как наука ………………………………………… 10

4. Синергетические закономерности …………………………………………………….. 16

5. Значение синергетики для современной науки и мировоззрения ………………… 17

Вводная часть.

Фронт современной науки простирается от сравнительно частных, конкретных

концепций относительно различных областей физического и химического мира,

до глубочайших теорий, охватывающих различные сферы природы, общества и

технической деятельности человека. К последним следует отнести кибернетику

и синергетику. Поражает дерзость новых наук. Первая посягнула на познание

механизмов управления в разных системах. Вторая -на проблему

самоорганизации самой материи, творения нового.

Рассмотрим различного рода системы, представляющие на первый взгляд смесь

различных и далеко отстоящих друг от друга предметов и явлений. В мире есть

"самодействующие" физические системы (от атома до планетарных систем и

звездных ассоциаций), химические системы (например, органические

соединения, биополимеры), биологические системы (растения, животное,

человек), социальные системы (коллективы, отрасли производства, народное

хозяйство, общество в целом). На самом деле, во всех этих системах есть

общие свойства: способность к самодействию, подчиненность законам

управления, процессы переработки информации, способность к самонастройке и

самоорганизации и др. Изучением процессов управления в природе, обществе и

технике и занимается наука кибернетика.

1. Кибернетика как наука, основные понятия кибернетики

Кибернетика - наука об общих закономерностях процессов управления и

передачи информации в технических, биологических и социальных системах. Она

сравнительно молода. Её основателем является американский математик Н.

Винер (1894-1964), выпустивший в 1948 году книгу "Кибернетика, или

управление их связь в животном и машине". Своё название новая наука

получила от древнегреческого слова "кибернетес", что в переводе означает

"управляющий", "рулевой", "кормчий". Она возникла на стыке математики,

теории информации, техники и нейрофизиологии, ее интересовал широкий класс

как живых, так и неживых систем.

Со сложными системами управления человек имел дело задолго до кибернетики

(управление людьми, машинами; наблюдал регуляционные процессы у живых

организмов и т.д.). Но кибернетика выделила общие закономерности управления

в различных процессах и системах, а не их специфику. В «докибернетический»

период знания об управлении и организации носили «локальный» характер, т.е.

в отдельных областях. Так, еще в 1843 г. польский мыслитель Б. Трентовский

опубликовал малоизвестную в настоящее время книгу «Отношении философии к

кибернетике как искусству управления народом». В своей книге «Опыт

философских наук» в 1834 году известный физик Ампер дал классификацию наук,

среди которых третьей по счету стоит кибернетика – наука о текущей политике

и практическом управлении государством (обществом).

Эволюция представления об управлении происходила в форме накопления,

суммирования отдельных данных. Кибернетика рассматривает проблемы

управления уж ком фундаменте, вводя в науку новые теоретические «заделы»,

новый понятийный, категориальный аппарат. В общую кибернетику обычно

включают теорию информации теорию алгоритмов, теорию игр и теорию

автоматов, техническую кибернетику.

ТЕХНИЧЕСКАЯ КИБЕРНЕТИКА - отрасль науки, изучающая технические системы

управления. Важнейшие направления исследований разработка и создание

автоматических и автоматизированных систем управления, а также

автоматических устройств и комплексов для передачи,

переработки и хранения информации.

К основным задачам кибернетики относятся:

1) установление фактов, общих для управляемых систем или для некоторых их

совокупностей;

2) выявление ограничений, свойственных управляемым системам. и

установление их происхождения;

3) нахождение общих законов, которым подчиняются управляемые системы;

4) определение путей практического использования установленных фактов

и найденных закономерностей.

«Кибернетический» подход к системам характеризуется рядом понятий.

Основные понятия кибернетики: управление, управляющая система, управляемая

система, организация, обратная связь, алгоритм, модель, оптимизация, сигнал

и др. Для систем любой природы понятие "управление" можно определить

следующим образом: управление - это воздействие на объект, выбранное на

основании имеющейся для этого информации из множества возможных

воздействий, улучшающее его функционирование или развитие. У управляемых

систем всегда существует некоторое множество возможных изменений, из

которого производится выбор предпочтительного изменения. Если у системы нет

выбора, то не может быть и речи об управлении.

Есть существенная разница между работой дачника, орудующего лопатой, и

манипуляциями регулировщика - "гибэдэдэшника" на перекрестке улиц. Первый

оказывает на орудие силовое воздействие, второй - управляет движением

автомобилей. Управление - это вызов изменений в системе или перевод системы

из одного состояния в другое в соответствии с объективно существующей или

выбранной целью.

Управлять - это и предвидеть те изменения, которые произойдут в системе

после подачи управляющего воздействия (сигнала, несущего информацию).

Всякая система управления рассматривается как единство управляющей системы

(субъекта управления) и управляемой системы - объекта управления.

Управление системой или объектом всегда происходит в какой-то внешней

среде. Поведение любой управляемой системы всегда изучается с учетом ее

связей с окружающей средой. Поскольку все объекты, явления и процессы

взаимосвязаны и влияют друг на друга, то, выделяя какой-либо объект,

необходимо учитывать влияние среды на этот объект и наоборот. Свойством

управляемости может обладать не любая система. Необходимым условием наличия

в системе хотя бы потенциальных возможностей управления является ее

организованность.

Чтобы управление могло функционировать, то есть целенаправленно изменять

объект, оно должно содержать четыре необходимых элемента:

1. Каналы сбора информации о состоянии среды и объекта.

2. Канал воздействия на объект.

3. Цель управления.

4. Способ (алгоритм, правило) управления, указывающий, каким образом

можно достичь поставленной цели, располагая информацией о состоянии

среды и объекта.

Понятие пели, целенаправленности. Основатель кибернетики Н. Винер писал,

что "действие или поведение допускает истолкование как направленность на

достижение некоторой цели, т.е. некоторого конечного состояния, при котором

объект вступает в определенную связь в пространстве и во времени с

некоторым другим объектом или событием" (Кибернетика. М., 1968. С. 288).

Цель определяется как внешней средой, так и внутренними потребностями

субъекта управления. Цель должна быть принципиально достижимой, она должна

соответствовать реальной ситуации и возможностям системы (управляющей и

управляемой). За счет управляющих воздействий управляемая система может

целенаправленно изменять свое поведение. Целенаправленность управления

биологических управляемых систем сформирована в процессе эволюционного

развития живой природы. Она означает стремление организмов к их выживанию и

размножению. Целенаправленность искусственных управляемых систем

определяется их разработчиками и пользователями.

Понятие обратной связи. Управление по "принципу обратной связи". Вели

между воздействием внешней Среды и реакцией системы устанавливается связь,

то мы имеем дело с обратной связью. Принцип обратной связи характеризует

информационную и пространственно-временную зависимость в кибернетической

системе. Если поведение системы усиливает внешнее воздействие, то мы имеем

дело с положительной обратной связью, а если уменьшает, -то с отрицательной

обратной связью. Понятие обратной связи имеет отношение к цели управления.

Поведение объекта управляется величиной ошибки в положении объекта по

отношению к стоящей цели. Яркий пример обратной связи - работа термопары в

холодильнике.

Понятие информации. Управление - информационный процесс. информация -

"пища", "ресурс" управления. Поэтому кибернетика есть вместе с тем наука,

об информации, об информационных системах и процессах. Самый исходный смысл

термина "информация" связан со сведениями, сообщениями и их передачей.

Бурное развитие в нашем веке телефона, телеграфа, радио, телевидения и

других средств массовой коммуникации потребовало повышения эффективности

процессов передачи, хранения и переработки передаваемых сообщении

информации. "Докибернетическое" понятие информации связано с совокупностью

сведений, данных и знаний. Оно стало явно непонятным, неопределенным с

возникновением кибернетики. Понятие информации в кибернетики уточняется в

математических "теориях информации". Это теории статистической,

комбинаторной, топологической, семантической информации.

В отечественной и зарубежной литературе предлагается много разных

концепций (определений) информации:

1) информация как отраженное разнообразие,

2) информация как устранение неопределенности (энтропии),

3) информация как связь между управляющей и управляемой системами,

4) информация как преобразование сообщений,

5) информация как единство содержания и формы (например, мысль -

содержание, а само слово, звук - форма),

6) информация - это мера упорядоченности, организации системы в ее связях

с окружающей средой.

Общее понятие информации должно непротиворечиво охватывать все

определения информация, все виды информации. К сожалению. такого

универсального понятия информации еще не разработано.

Информация может быть структурной, застывшей, окостенелой. например, в

минералах, машинах, приборах, автоматических линиях. Любая машина - это

овеществленная научная и техническая информация, разум общества, ставший

предметом.

Информация может быть также функциональной, " актуальным управлением".

Информация измеримая величина. Она измеряется в битах.

Каковы свойства информации? Первое - способность управлять физическими,

химическими, биологическими и социальными процессами. Там, где есть

информация, действует управление, а там, где осуществляется управление,

непременно наличествует и информация. Второе свойство информации -

способность передаваться на расстоянии (при перемещении инфоносителя).

Третье - способность информации подвергаться переработке. Четвертое -

способность сохраняться в течение любых промежутков времени и изменяться во

времени. Пятое свойство - способность переходить из пассивной формы в

активную. Например, когда извлекается из "памяти" для построения тех или

иных структур (синтез белка, создание текста на компьютере и т. д.).

Информация существенно влияет на ускоренное развитие науки. систем

управления, техники и различных отраслей народного хозяйства. Политика,

политическое управление, экономика - это концентрированная смысловая

информация, т. е. такая, которая перерабатывается человеческим сознанием и

реализуется в различных социальных сферах. Она обусловлена политическими,

экономическими потребностями общества и циркулирует в процессе управления

производством и обществом. Социальная информация играет огромную роль в

обеспечении правопорядка, работы правоохранительных органов, в деле

образования и воспитания подрастающих поколений. Информация -неисчерпаемый

ресурс общества. Информация - первооснова мира, всего сущего. Современным

научным обобщением всех информационных процессов в природе и обществе

явилась информациология -генерализованная наука о природе информации и

законах информации.

Понятие самоорганизации. В современную науку это понятие вошло через идеи

кибернетики. Процесс самоорганизации систем обусловлен таким неэнтропийным

процессом, как управление. Энтропия -мера неорганизованности, хаоса.

Энтропия и информация, как правило, рассматриваются совместно. Информация -

это то, что устраняет неопределенность, количество "снятой"

неопределенности. Тенденция к определенности, к повышению информативности -

процесс негэнтропийный (процесс с обратным знаком).

Термин "самоорганизующаяся система" ввел кибернетик У. Росс Эшби для

описания кибернетических систем. Для самоорганизующихся систем характерны:

1) Способность активно взаимодействовать со средой, изменять ее в

направлении, обеспечивающим более успешное функционирование системы:

2)наличие определенной гибкости структуры или адаптивного механизма,

выработанного в ходе эволюции;

3)непредсказуемость поведения самоорганизующихся систем;

4)способность учитывать прошлый опыт или возможность научения.

Одним из первых объектов, к которым были применены принципы

самоорганизации, был головной мозг.

Использование понятий и идей кибернетики в вопросах физики, химии,

биологии, социологии, психологии и других науках дали превосходные всходы,

позволили глубоко продвинуться в сущность процессов, протекающих в неживой

и живой природе. Нет никакого сомнения в том, что грядущий XXI век и

прогресс естествознания и науки всей будет протекать по линии изучения

закономерностей управляющих процессов в сложноорганизованных системах.

Самоорганизующаяся система - это познавательная модель науки XXI века.

2. Вклад кибернетики в научную картину мира

Кибернетика устранила ту принципиально неполную научную картину мира,

которая была присуща науке XIX и первой половине XX века. Классическая и

неклассическая наука строила представление о мире на двух фундаментальных

постулатах - материя и энергия. Создавала вещественно- энергетическую,

вещественно- полевую картину мира.

На постулатах о материи и энергии строились представления о пространстве

и времени. Но в палитре научной картины мира не хватала важнейшей " краски"

- информации. Самая глубокая причина сопряжения пространства и времени, а

равно всех изменений в мире проистекает из изменения массы, энергии и

информации. Опыт развития науки последнего времени показал, что реальный

мир состоит из этих предельно фундаментальных элементов- Системы

материальных объектов, вещественно-энергетические процессы являются и

носителями, хранителями и потребителями информации. И подобному тому, как

Эйнштейн установил закон эквивалентности вещества и энергии, есть закон (не

открытый еще) эквивалентности массы, энергии и информации. Кибернетика

(вместе с теорией информации) дала новое представление о мире, основанное

на информации, управлении, организованности, обратной связи,

целенаправленности. Создала информационную картину мира. Не энергия, а

информация выйдет в XXI столетии на первое место в мире научных понятий.

Фундаментальный характер информации означает, что хаос не может быть

абсолютным. В любом хаосе существует некоторый уровень упорядоченности.

Космос не способен опуститься до сплошной энтропии. Живые организмы и

социальные системы питаются отрицательной энтропией (негэнтропией), то есть

они противостоят беспорядку и хаосу. Масс-энерго-информационные

преобразования исчерпывают собой все возможные состояния Космоса, а равно

его подсистем, включая человека, общество.

Кибернетика оказала революционизирующее влияние на теоретическое

содержание и методологию всех наук. Она устранила непреодолимые грани между

естественными, общественными и техническими науками. Способствовала синтезу

научных знаний, создала из понятий частных наук структуры новых понятий,

новый язык науки. Такие понятия, как информация, управление, обратная

связь, система, модель, алгоритм и др. обрели общенаучный статус.

Кибернетика дала в руки человека сильнейшее оружие управления

производством, обществом, инструмент усиления интеллектуальных способностей

человека (ЭВМ). Современные ЭВМ (компьютеры) - универсальные

преобразователи информации, а с преобразованием информации человек связан

во всех областях своей деятельности (в политике, экономике, науке,

профессиональной сфере и др.).

Философ Ф. Бекон писал, что "когда истина обнаружена, она налагает

ограничения на мысли людей". На мир уже нельзя смотреть "докибернетическим

взглядом". Новая наука -кибернетика- сформировала свой взгляд на мир.

информационно-кибернетический стиль мышления.

3. От хаоса к порядку. Синергетика как наука.

В физической картине мира до 70-х годов XX века царствовали два закона

классической термодинамики. Первый закон термодинамики (закон сохранения и

превращения энергии) фиксировал всеобщее постоянство и превращаемость

энергии. Закон констатировал, что в замкнутой системе тел нельзя ни

увеличить, ни уменьшить общее количество энергии. Этот закон утверждал

независимость такого изменения энергии от уровня организации животного,

человека, общества и техники. Второй закон термодинамики выражает

направленность перехода энергии, именно переход теплоты от более нагретых

тел к менее нагретым. Иногда этот закон формулируют так: тепло не может

перетечь самопроизвольно от холодного тела к горячему. Этому могут

способствовать только затраты дополнительной работы.

В соответствии с классическими физическими представлениями в замкнутой

системе происходит выравнивание температур, система стремится к своему

термодинамическому равновесию, соответствующему максимуму энтропии. В

физической картине мира принцип возрастания энтропии соответствует

одностороннему течению явлений, т.е. в направлении хаоса, беспорядка и

дезорганизации. Один из основателей классической термодинамики Р. Клаузис в

своей попытке распространить законы термодинамики на Вселенную пришел к

выводу: энтропия Вселенной всегда возрастает. Если принять этот постулат

как реальный факт, то во Вселенной неизбежно наступит тепловая смерть. С

тех пор, как физика открыла этот процесс рассеивания, деградации энергии,

люди чувствовали " понижение теплоты вокруг себя". Многие ученые не

соглашались с выводами Клаузиса. В. И. Вернадский утверждал, что "жизнь не

укладывается в рамки энтропии". В природе наряду с энтропийными процессами

происходят и антиэнтропийные процессы. Многие учение высказывали сомнение

по поводу распространения второго закона термодинамики на всю Вселенную.

Но в мире, как мы знаем, не только господствует тяга к тепловой или

другой смерти. В мире постоянно идет процесс возникновения нового, эволюции

и развития разного рода систем. Согласно эволюционной теории Дарвина, живая

природа развивается в направлении усовершенствования и усложнения всё новых

видов растений и животных. В обществе наблюдается процесс социального

творчества, т. е. созидания нового. Спрашивается, как из всеобщей тенденции

к энтропии, дезорганизации может появиться " порядок" в живой природе и

социуме. Возникновение нового казалось невероятным чудом.

Ответить на вопрос, как происходит эволюция и возникновение в природе, "

решила" новая наука синергетика (совместно с новой неравновесной

термодинамикой, теорией открытых систем).

Синергетика (греч. "синергетикос" - совместный, согласованно действующий)

- наука, целью которой является выявление, исследование общих

закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения

упорядоченных временных и пространственных структур в сложных неравноценных

системах различной природы (физических, химических, биологических,

экологических и др.). Термин "синергетика" буквально означает "теория

совместного действия". Синергетика являет собой новый этап изучения сложных

систем, продолжающий и дополняющий кибернетику и общую теорию систем. Если

кибернетика занимается проблемой поддержания устойчивости путем

использования отрицательной обратной связи, а общая теория систем -

принципами их организации (дискретностью, иерархичностью и т. п.), то

синергетика фиксирует свое внимание на неравновесности, нестабильности как

естественном состоянии открытых нелинейных систем, на множественности и

неоднозначности путей их эволюции. Синергетика исследует типы поведения

таких систем, то есть нестационарные структуры, которые возникают в них под

действием внешних воздействий или из-за внутренних факторов (флуктуации).

Синергетика исследует организационный момент, эффект взаимодействия

больших систем. Возникновение организационного поведения может быт

обусловлено внешними воздействиями (вынужденная организация) или может быть

результатом развития собственной (внутренней) неустойчивости системы в

системе (самоорганизация).

Синергетика возникла в начале 70-х гг. XX века. До этого времени

считалось, что существует непреодолимый барьер между неорганической и

органической, живой природой. Лишь живой природе присущи эффекты

саморегуляции и самоуправления.

Синергетика перекинула мост между неорганической и живой природой. Она

пытается ответить на вопрос, как возникли те макросистемы, в которых мы

живем. Во многих случаях процесс упорядочения и самоорганизации связан с

коллективным поведением подсистем, образующих систему. Наряду с процессами

самоорганизации синергетика рассматривает и вопросы самодезорган