ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О СИНЕРГЕТИКЕ

<

112214 2009 1 ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О СИНЕРГЕТИКЕВ XXI веке на передний план выдвигается синергетическая деятельность
человека, особенно самоорганизующихся малых и больших групп, которые должны не только жить в гармонии с природой, но и успешно управлять всеми разноуровневыми подсистемами. В то же время необходимо отметить, что сами кооперативные системы функционируют по принципам и законам динамических систем.

Становление синергетики как направления науки в картину мира ведет за собой целый ряд новых методологических, идеологических, гносеологических и онтологических установок. Несмотря на свой сравнительно небольшой возраст, идеи синергетики уже давно вышли на междисциплинарный уровень своего развития. В связи с этим неизбежно возникает проблема поиска пределов и границ применения и востребованности синергетического подхода. Первоначально возникнув в области физического знания данные представления находят свое место в разных сферах науки. Искусства и культуры. И необходимым в такой ситуации становится осмысление идей теории самоорганизации в рамках философского дискурса.

Само собой возникает вопрос о том каковы же причины столь активного развития данной сферы знания. Нужно заметить, что «синергетика возникла не по прихоти и своеволию каких-то ученых, она-то как раз и делает это своеволие невозможным, ибо исходит не из того, что считалось в науке неукоснительным, а из законов самой Природы.

Закономерно, что в рамках такой позиции это направление становится актуальным, потому что позволяет по новому взглянуть на проблему дихотомии человека и природы.

В начале XXI века человечество со всей остротой осознало тупиковость существования цивилизации в рамках прежней стратегии развития общества. Ненормированные техногенные нагрузки на экосистемы приводят к необратимым и непредсказуемым последствиям как для человека, так и для всей Земли. Усиление экологических кризисов подталкивает к поиску способов перехода к более согласованному и оптимальному пути развития.

Одним из таких вариантов решения проблемы является синергетический подход. В рамках этой парадигмы идет попытка снятия дихотомии человека и природы, гуманитарного и естественнонаучного знания и переход от анализа к синтезу, от рассмотрения природы как костной и подвластной материи к взгляду на нее как на сложную и самоорганизующуюся структуру. Эвристичность данного подхода делает возможным качественно новый процесс взаимоотношения общества.

Синэргетика — это теория, исследующая процессы самоорганизации, устойчивости, распада и возрождения самых разнообразных структур живой и неживой природы.

В переводе с греческого языка «синергетика» означает совместное или согласованное действие. Эффект синергизма выражается формулой «2+2=5»1. Другими словами, синергия приводит к умножению (усилению) конечного результата. О ней говорят, что она «изучает связи между элементами подсистемы, благодаря активному обмену потоками энергии, вещества и информации в самом объекте и с окружающей средой»2.

Синергетика стоит в одном ряду с такими дисциплинами, как теория систем и кибернетика, является естественным их продолжением. Как и эти науки, она претендует на статус обобщенной теории поведения систем различной природы.

Во всех рассматриваемых синергетикой системах процесс самоорганизации идет обязательно с участием большого числа объектов (атомов, молекул или более сложных преобразований) и, следовательно, определяется совокупным, кооперативным действием. Чтобы подчеркнуть это обстоятельство, профессор Штутгартского университета Г. Хакен ввел специальный термин «синергетика». 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 кибернетики Ампера, синергетика Хакена также имеет предшественников, например, в синергетике физиолога Шерринггона, означавшей согласованное действие сгибательных и разгибательных мышц (протагонист и антигонист) при работе конечностей, или синергии – слиянии человека и Бога в молитве. Подчеркнем, что во всех случаях речь идет о согласованном действии.

С одной стороны, имеется в виду сотрудничество ученых разных специальностей, разных областей знания, подоплекой которого выступает общность феномена самоорганизации. С другой стороны, выражена суть явлений данного рода — кооперативность действий разрозненных элементов, спонтанно организующихся в структуру некоторой системы.

Термин «синергетика», введенный Г. Хакеном в 1973 г., происходит от древнегреческого слова synergeticos, что в переводе означает «совместный, согласованно действующий процесс», и предназначен для более точной экспликации самоорганизации. В предисловии к своей книге Хакен писал: «Я назвал новую дисциплину «синергетикой» не только потому, что в ней исследуется совместное действие многих элементов систем, но и потому, что для нахождения общих принципов, управляющих самоорганизацией, необходимо кооперирование многих различных дисциплин»1.

В приведенной цитате Хакен подчеркивает, что синергетика возникла благодаря системным идеям современной науки, а именно из необходимости интеграции различных родственных дисциплин для определения их общих понятий и установления единых принципов и методов исследования. Таким образом, идеи синергетики являются дальнейшим обобщением и развитием специфических понятий и принципов, найденных в конкретных дисциплинах, поскольку именно они впервые установили, что самоорганизация в различных областях возникает в результате взаимодействия достаточно большого числа элементов, составляющих единую, целостную систему. Такая система должна быть, во-первых, открытой, то есть взаимодействовать с окружающей средой, обмениваясь с ней веществом, энергией, а нередко и информацией. Во-вторых, она обязана находиться достаточно далеко от точки термодинамического равновесия. Если система находится в точке равновесия или близко к ней, тогда она будет обладать максимумом энтропии, что соответствует состоянию ее хаоса или дезорганизации. В-третьих, указанная система должна состоять из достаточно большого числа элементов, которые взаимодействуют друг с другом специфическим образом, а тем самым быть системой сложноорганизованной и нелинейной. Перечисленные выше условия являются минимально необходимыми для возникновения самоорганизации на самых низших уровнях строения материи, в частности, в гидродинамических, метеорологических, геологических и физико-химических системах.

В фокусе внимания синэргетики оказываются сложные системы, в которых эволюция протекает от хаоса к порядку, от симметрии — ко все возрастающей сложности.

Заслуга синергетики прежде всего в том и состоит, что она впервые установила возможность появления самоорганизации даже в системах неорганической природы, то есть в самом фундаменте здания материи. :

Широкое использование парадигмы самоорганизации в естественных науках и технике, а также постепенное проникновение ее идей и принципов в экономические и социально-гуманитарные науки выдвигают ряд важнейших философско-мировоззренческих проблем. Одна из них относится к установлению места и роли самоорганизации в общем, целостном процессе эволюции мира и механизмов его развития.

Основателем синэргетики, как уже говорилось, является профессор Штутгартского университета Г. Хакен, который начал свою карьеру в период бурного развития физики твердого тела, теории полупроводников и сверхпроводимости. Он является одним из «пионеров» создания теории экситонов и поляронов в твердых телах. Работы тех лет подытожены в книге «Квантовополевая теория твердого тела»1. Также ему принадлежат работы по теории лазеров, а именно флуктуации лазерного излучения, из которой берет начало известный термин «неравновесные фазовые переходы».

Возникновение теории самоорганизации — синэргетики — было подготовлено трудами многих выдающихся ученых. К ним относятся, в первую очередь, Ч. Дарвин — создатель теории биологической эволюции, Л. Больцман и А. Пуанкаре — основоположники статистического и динамического описания сложного движения, а также А.Н. Колмогоров, Л.И. Мандельштам, А.А. Андронов, Н.С. Крылов, Н.Н. Боголюбов, А.А. Власов, Л.Д. Ландау и многие, многие другие.

Существенную роль в становлении теории самоорганизации сыграли работы В.И. Вернадского о ноосфере. Созданием теории самоорганизации в современном ее понимании мы во многом обязаны И. Пригожину и Г. Хакену.

Долгое время в науке преобладало представление о том, что процессы самоорганизации присущи всем живым системам. Что же касается неживых, то, согласно второму закону термодинамики, они могли эволюционировать лишь в сторону хаоса и беспорядка. Другими словами, системы неживой природы способны лишь к дезорганизации, разрушению, вырождению. Но тогда становится невозможным понять, откуда появились живые системы, способные к самоорганизации, и почему физические законы не применимы к живым телам, состоящим из тех же молекул, атомов, частиц?

Со временем ученые не только опровергли эту точку зрения, но и самым тщательным образом занялись изучением этой проблемы. Наиболее впечатляющими были эксперименты с самоорганизующимися химическими реакциями, начатые в 50-е гг. Б.Н. Белоусовым и подробно исследованные В. Жаботинским. Главным, бесспорным условием самоорганизации является требование открытости системы.С возникновением общества и его трудовой деятельности появляется новый способ организации, связанный с сознательным, целенаправленным участием людей в производстве материальных благ и организации всей системы общества, его институтов и у рождений, которые способствовали лучшей адаптации к изменившимся условиям жизнедеятельности отдельных групп, племен и сообществ людей. В то время как самоорганизация в ряде сфер общества происходит стихийно, и результаты ее заранее сознаются людьми, определенные общественные и государственные организации формируются вполне сознательно и преследуют вполне конкретные цели и интересы отдельных сообществ людей, народов и государств. Отсюда возникает задача ясного разграничения самоорганизации и организации, их соотношения и взаимодействия между ними в процессе эволюции общества. Исследование самоорганизации проливает дополнительный свет на механизмы эволюции различных природных и социальных систем. Интуитивно мы хорошо представляем, что уровень развития систем связан с их сложностью, которая в свою очередь существенно определяется воздействием условий окружающей среды. Дарвиновская теория эволюции главное внимание обращала именно на влияние внешних условий на эволюцию живых организмов. Между тем современная концепция открытых систем ясно указывает на обратное воздействие системы на среду и поэтому позволяет шире взглянуть на общие условия протекания эволюции. Такой взгляд имеет первостепенное значение для решения проблем экологии, поскольку указывает на взаимосвязь системы и среды, общества и окружающей природы. Для адекватного понимания и глубокого объяснения процессов формирования и развития социально-экономических, культурно-исторических и гуманитарных систем, а также соответствующих институтов общества чрезвычайно актуальной является правильное решение проблемы взаимодействия самоорганизации, происходящей в рамках отдельных групп, общественных и производственных коллективов, а также таких общественных институтов, как рынок, право, мораль, культура, язык и другие. Эти институты формируются также путем самоорганизации в ходе длительной эволюции человечества. Однако раз возникнув, они в дальнейшем начинают оказывать свое организующее влияние на общество. Но наиболее значительное воздействие на экономическую, политическую и социальную жизнь осуществляется государством и его органами управления. В связи с этим возникает проблема взаимодействия самоорганизации и организации в развитии общества, которая играет решающую роль в социально-экономических и гуманитарных науках. Все эти проблемы должны решаться в рамках эпистемологии, которая в настоящее время рассматривается, прежде всего, как теория научного познания1.

<

 

Наконец, с указанными проблемами синергетики непосредственно связаны многие познавательные, философские и общемировоззренческие вопросы развития научного знания. Как происходит взаимодействие дифференциации и интеграции научного знания в процессе его роста и развития? Как соотносятся дисциплинарные и междисциплинарные средства и методы исследования? Какой наиболее оптимальный путь следует выбрать при решении комплексных проблем современной науки — на все эти вопросы синергетика может пролить дополнительный свет. В процессе ее становления наиболее ярко заметны современные формы взаимодействия и интеграции отдельных наук для решения такой фундаментальной проблемы, как исследование эволюции и развития сложноорганизованных систем, а также тех специфических категорий, которые их характеризуют.

Основополагающая идея синергетики под разными названиями и, чаще всего, под именем самоорганизации уходит в глубокую древность. По крайней мере, она отчетливо осознавалась уже Аристотелем, а еще раньше играла существенную роль в космогонических представлениях древних греков, которые рассматривали процесс формирования мира как возникновение космоса, или порядка, из хаоса, или беспорядка. Однако эта общая идея имела скорее характер гениальной догадки, чем научно обоснованной гипотезы по той причине, что у античных греков не существовало экспериментального естествознания.

С возникновением конкретных наук и прежде всего наук, входящих в состав естествознания, изучающих отдельные области и явления природы, идея об их общей связи и взаимодействии отходит на второй план. Постепенно в науке XVII — XVIII вв. складывается дисциплинарный стиль исследования, который ориентировал ученых на изучение природы по отдельным ее областям, классам и группам явлений. Такой подход в отличие от натурфилософских и умозрительных рассуждений античности способствовал внимательному изучению природы с помощью систематических наблюдений и тщательно подготовленных экспериментов и был крупным шагом в развитии научного познания. Однако со временем ученые перестали замечать связь между явлениями, которые они непосредственно изучали, с явлениями, исследуемыми другими учеными, а тем более, со всем мировым целым. А это в конечном итоге привело к тому, что они начали рассматривать явления и процессы природы вне их связи и взаимодействия друг с другом. Все это способствовало тому, что целостный взгляд на природу и ее развитие стало утрачиваться. В немалой степени сказалось здесь также господство механистического мировоззрения в науке и философии XVII — XVIII веков. Поскольку изучение природы необходимо было начать с наиболее простейших процессов природы, а именно перемещения земных и небесных тел в пространстве с течением времени, именно механика тогда достигла наибольших успехов и стала образцом подражания для других наук, то есть своего рода парадигмой точного исследования. Однако механика по самому характеру своего исследования абстрагируется от анализа внутренних источников движения, сводя движение к действию внешних сил, и поэтому она не могла объяснить процессы возникновения и развития более сложных явлений не только живой, но и неорганической природы.

Принципы и методы изучения простейших механических и других систем оказались явно непригодными для исследования процессов и систем общественной жизни, которые отличаются особой динамичностью и перестройкой своих структурных и организационных форм. Неудивительно поэтому, что именно социально-экономические и гуманитарные науки встретились с проблемой самоорганизации уже в самом начале своего возникновения.

Возможные вопросы: Почему, несмотря на разнообразные, а часто прямо противоположные интересы и цели людей, на рынке возникает никем не запланированный, спонтанный порядок? Устанавливаются ли нормы нравственности сверху или же формируются постепенно в ходе длительного взаимодействия людей по мере культурно-исторического развития под влиянием изменяющихся условий жизни? Создаются ли язык, культура и остальные институты общества в результате деятельности идеологов, политиков или людей, стоящих у власти?

Ответы на эти вопросы, связанные с интуитивно понимаемой самоорганизацией, впервые высказывались именно в социально-экономических и гуманитарных науках, хотя и в недостаточно ясных и точных терминах. Поэтому они носили скорее интуитивный, чем рационально-аналитический характер, но это отнюдь не снижает их ценности и значения для последующего научного развития. Не случайно, поэтому некоторые современные ученые называли, например, основоположника классической политической экономии А. Смита предтечей кибернетики на том основании, что у него в неявном виде встречается апелляция к принципу отрицательной обратной связи.

 

В философско-мировоззренческом плане проблема самоорганизации затрагивалась И. Кантом в «Критике суждения» в связи с внутренней целесообразностью в природе, где он рассматривает различие искусственных и естественных объектов. По его мнению, в естественном образовании каждая его часть мыслится как обязанная своим существованием действию всех остальных частей и в свою очередь существует ради других и целого. Только при этих условиях они могут стать самоорганизованным бытием, и как таковые названы целесообразными естественными образованиями.

К сожалению, новые радикальные идеи о характере функционирования и эволюции живых и социальных систем в эпоху Просвещения и тесно связанного с ней рационализма, не получили дальнейшего развития, известно, что догма рационалистов — «разум правит миром» — надолго задержала формирование верных представлений об обществе и объективных законах его развития.

Осознанию глубины и общности значения принципа, самоорганизации мешала также разобщенность исследователей, работавших в различных отраслях естественных и общественных наук. Нередко это усугублялось и прямым противопоставлением методов естествознания методам общественных наук, а также попыткой позитивистов непосредственно перенести естественно-научн-ые методы познания в социальные и гуманитарные науки. Последнее наталкивалось на серьезное противодействие со стороны представителей социально-гуманитарных наук.

Постепенно принцип самоорганизации в той или иной форме появлялся -в разных науках при решении конкретных проблем. Так, например, в физиологии, У. Кеннон сформулировал свой знаменитый принцип гомеостаза, суть которого сводится к тому, что в процессе адаптации к изменяющимся условиям существования живые организмы перестраиваются так, чтобы поддержать устойчивость важнейших параметров своей жизнедеятельности.

Значительный импульс исследованию процессов самоорганизации придало возникновение кибернетики, которая обобщила принцип отрицательной обратной связи. Благодаря этому удалось объяснить существование устойчивых динамических систем, явления гомеостаза, существование на рынке спонтанного порядка, выражающегося в установлении равновесия между спросом и предложением, и многие другие явления и процессы. Однако этот принцип объясняет лишь сохранение и поддержание устойчивости динамических, систем, но не раскрывает, каким образом такая устойчивость и порядок возникают. Между тем подлинная самоорганизация по самому смыслу этого термина означает именно изменение прежней организации, порядка или структуры и. появление новой организации, и структуры в результате взаимодействия элементов, системы. Точнее говоря, причины и движущие силы такого изменения поведения элементов, их самоорганизации следует искать в процессе взаимодействия; элементов системы с внешней средой. Но большинство автоматов и технических устройств, сконструированных в кибернетике, опираются, по сути дела, на внешнюю организацию, то есть «самоорганизация» в них заранее запланирована и. организована человеком-конструктором. В отличие от этого самоорганизация и основанная на, ней эволюция в живой природе и; обществе: отнюдь не сводятся к сохранению динамического равновесия. Рано или поздно эволюция систем всегда сопровождается теми или иными изменениями, будь то постепенные, количественные или коренные; качественные изменения их параметров и структур, которые сопровождаются появлением нового его развития. Именно это глубокое различие между неживой и живой природой долгое время оставалось неразрешимым противоречием между классической; термодинамикой и эволюционным учением Ч. Дарвина, если теория Дарвина утверждала, что органическая эволюция в конечном итога связана с усложнением и совершенствованием, структур и свойств живых: организмов, появлением новых видов растений и животных, то классическая термодинамика признавала лишь движение физических систем в сторону увеличения их энтропии, и, соответственно, усилению в них хаоса и беспорядка.

Важнейшая заслуга, синергетики состоит в том, что она впервые сумела приблизиться к разрешению этого противоречия. Она экспериментально и теоретически доказала, что самоорганизация при наличии вполне определенных условий, может происходить уже в простейших физико-химических» гидродинамических и других системах. Но для этого необходимо, по крайней мере, чтобы системы были системами открытыми и находились достаточно далеко от точки термодинамического равновесия. Только тогда эволюция в них сопровождается изменением старых структур и динамических режимов функционирования. Следовательно, синергетика может объяснить то, что не удавалось понять с помощью принципа отрицательной обратной связи, ориентированного на сохранение динамического равновесия систем. Именно для раскрытия механизма возникновения новых структур и систем синергетика использует принцип положительной обратной связи, согласно которому изменения, происходящие в старой системе, не устраняются, а наоборот накапливаются и усиливаются. Как и всюду, постепенные количественные изменения в рамках систем приводят к их коренным, качественным изменениям и в итоге к образованию систем с новыми структурами и целостными, системными свойствами.

2. механизмы обратной связи и их значение

Обратная связь, обратное воздействие результатов процесса на его протекание или управляемого процесса на управляющий орган. Обратная связь характеризует системы регулирования и управления в живой природе, обществе и технике. Различают положительную и отрицательную обратную связь. Если результаты процесса усиливают его, то обратная связь является положительной. Когда результаты процесса ослабляют его действие, то имеет место отрицательная обратная связь. Отрицательная обратная связь стабилизирует протекание процессов. Положительная обратная связь, напротив, обычно приводит к ускоренному развитию процессов и к колебательным процессам. В сложных системах (например, в социальных, биологических) определение типов обратная связь затруднительно, а иногда и невозможно. Обратная связь классифицируют также в соответствии с природой тел и сред, посредством которых они осуществляются: механическая (например, отрицательная обратная связь., осуществляемая центробежным регулятором Уатта в паровой машине); оптическая (например, положительная обратная связь осуществляемая оптическим резонатором в лазере); электрическая и т.д. Иногда обратная связь в сложных системах рассматривают как передачу информации о протекании процесса, на основе которой вырабатывается то или иное управляющее воздействие. В этом случае обратная связь называют информационной. Понятие обратной связи как формы взаимодействия играет важную роль в анализе функционирования и развития сложных систем управления в живой природе и обществе, в раскрытии структуры материального единства мира.

Обратная связь в системах автоматического регулирования и управления, связь в направлении от выхода к входу рассматриваемого участка основной цепи воздействий (передачи информации). Этим участком может быть как управляемый объект, так и любое звено автоматической системы (либо совокупность звеньев). Основная цепь воздействий — условно выделяемая цепь прохождения сигналов от входа к выходу автоматической системы. Обратная связь образует путь передачи воздействий в дополнение к основной цепи воздействий или какому-либо её участку.

Благодаря обратной связи результаты функционирования автоматические системы воздействуют на вход этой же системы или, соответственно, её части, влияют на характер их функционирования и математическое описание движения. Такие системы с замкнутой цепью воздействий — замкнутые системы управления — характеризуются тем, что для них входными являются как внешние, так и контрольные воздействия, т. е. идущие от управляемого объекта на управляющее устройство.

Цепь (канал) обратной связи может содержать одно или несколько звеньев, осуществляющих преобразование выходного сигнала основной цепи воздействий по заданному алгоритму. Пример цепи обратной связи — управляющее устройство (например, автоматический регулятор), получающее в качестве входной величины выходное (действительное) воздействие управляемого объекта и сравнивающее его с предписанным (в соответствии с алгоритмом функционирования) значением. В итоге этого сравнения формируется воздействие управляющего устройства на управляемый объект. Таким образом, объект управления охватывается цепью обратной связи в виде управляющего устройства, цепь воздействия замыкается; такая обратная связь называется обычно главной.

Обратная связь является фундаментальным понятием кибернетики, особенно теории управления и теории информации; обратная связь позволяет контролировать и учитывать действительное состояние управляемой системы (т. е., в конечном счёте, результаты работы управляющей системы) и вносить соответствующие корректировки в её алгоритм управления. В технических системах контрольная информация о работе управляемого объекта поступает по цепи обратной связи оператору или автоматическому управляющему устройству.

Отрицательная обратная связь широко используется в замкнутых автоматических системах с целью повышения устойчивости (стабилизации), улучшения переходных процессов, понижения чувствительности и т.п. (под чувствительностью понимается отношение бесконечно малого изменения выходного воздействия к вызвавшему его бесконечно малому входному воздействию). Положительная обратная связь усиливает выходное воздействие звена (или системы), приводит к повышению чувствительности и, как правило, к понижению устойчивости (часто к незатухающим и расходящимся колебаниям), ухудшению переходных процессов и динамических свойств и т.п.

По виду преобразования воздействия в цепи обратная связь различают жёсткую (статическую), дифференцирующую (гибкую, упругую) и интегрирующую обратную связь. Жёсткая обратная связь содержит только пропорциональные звенья и её выходное воздействие пропорционально входному (как в статике, так и в динамике — в определённом диапазоне частот колебаний). Дифференцирующие связи содержат дифференцирующие звенья (простые, изодромные) и могут быть астатическими (исчезающими со временем) или со статизмом. Связи без статизма проявляются только в динамике, так как в их математической модели не участвует входное воздействие, а фигурируют лишь его производные, стремящиеся к нулю с окончанием переходных процессов. В состав интегрирующей обратной связи входит интегрирующее звено, накапливающее со временем поступающие воздействия.

Для систем с обратной связи справедливы следующие закономерности. Пропорциональное звено при охвате обратной связи остаётся пропорциональным с новым коэффициентом передачи, увеличенным (против исходного) при положительной и уменьшенным при отрицательной обратной связи. Статическое звено первого порядка при охвате жёсткой отрицательной обратной связи остаётся статическим первого порядка; меняются постоянная времени и коэффициент передачи. Интегрирующее звено при охвате жёсткой отрицательной обратной связи превращается в статическое, а при охвате изодромной обратной связи начинает реагировать и на производную (по времени) входного воздействия. Статическое звено первого порядка при охвате изодромной обратная связь также реагирует и на производную (по времени) входного воздействия. При охвате пропорционального звена интегрирующей отрицательной обратной связи получается инерционно-дифференцирующее звено. Если при этом исходное пропорциональное звено имеет весьма большой коэффициент передачи (по сравнению с коэффициентом передачи изодромной обратной связи), то образующееся звено приближается по своей характеристике к дифференцирующему.

Существование систем регулирования с обратной связи прослеживается на всех уровнях организации живого — от молекулярного до популяционного и биоценотического. Особенно значителен вклад этого механизма в автоматическое поддержание постоянства внутренних сред организма — гомеостаза, в деятельность генетического аппарата, эндокринной и нервной систем.

Представления о регулировании по принципу обратной связи появились в биологии давно. Уже первая гипотеза о рефлекторных реакциях (Р. Декарт, 17 в., Й. Прохаска, 18 в.) содержала предпосылки этого принципа. В более чёткой форме эти представления были развиты в работах Ч. Белла, И. М. Сеченова и И. П. Павлова, а позже — в 30—40-х гг. 20 в. Н. А. Бернштейном и П. К. Анохиным. В наиболее полном и близком к современному его пониманию виде принцип О. с. (отрицательной) — как общий принцип для всех живых систем — был сформулирован русским физиологом Н. А. Беловым (1912—24) под названием «параллельно-перекрестного взаимодействия» и экспериментально изучен на эндокринных органах М. М. Завадовским, назвавшим его «плюс — минус взаимодействием». Белов показал, что отрицательная обратная связь — общий принцип, обеспечивающий тенденцию к равновесию в любых (не только живых) системах, но, как и Завадовский, считал, что в живых системах невозможно существование положительных обратных связей. Советским учёным А. А. Малиновским было показано наличие в живых системах всех типов обратной связи и сформулированы различия их приспособительского значения (1945—60). За рубежом обратная связь в биологии начали широко исследовать после появления в 1948 книги Н. Винера «Кибернетика». В СССР в 50—60-х гг. 20 в. И. И. Шмальгаузен успешно применил представление об обратной связи в популяционной генетике.

В живых системах следует различать обратную связь типа взаимной стимуляции (положительная обратная связь) или подавления в ответ на стимуляцию (отрицательная обратная связь), поддающиеся хотя бы приближённой количественнной оценке, и качественно сложные обратные связи, когда, например в онтогенезе, один орган способствует дифференцировке другого, а последний, на новом этапе, определяет качественно развитие первого. Общие принципы обратной связи сформулированы в основном для отношений первого типа. Отрицательная обратная связь обеспечивает поддержание системы в устойчивом равновесии, т.к. увеличение воздействия управляющего органа на объект (регулируемый орган, систему, процесс) вызывает противоположное воздействие объекта на управляющий орган. Физиологический смысл отрицательной обратной связи заключается в том, что увеличение регулируемой величины (например, активности органа) сверх некоего предела вызывает понижающее воздействие со стороны сопряжённой с нею подсистемы; резкое уменьшение регулируемой величины обусловливает противоположное воздействие. При положительной обратной связи информация об увеличении регулируемой величины вызывает в связанной с нею подсистеме реакцию, обеспечивающую дальнейшее увеличение этой величины. У высокоорганизованных животных деятельность центральной нервной системы в норме всегда включает как необходимое условие наличие обратной связи. Так, любое действие животного, например погоня за добычей, сопровождается импульсами, поступающими от центральной нервной системы к мышцам (бег, схватывание добычи), и обратными сигналами от органов чувств (зрение, проприорецепторы и др.), позволяющими учитывать результаты усилий и корректировать их в связи с ходом событий.

Саморегуляция процессов жизнедеятельности также обусловлена обратной связью. Так, подъём артериального давления выше нормы воспринимается специальными рецепторами (например, барорецепторами каротидного синуса), которые сигнализируют об этом в вазомоторные центры нервной системы. Это приводит к возникновению центробежных импульсов, ведущих к снижению давления. Подобный процесс — пример отрицательной обратной связи, наиболее часто наблюдаемой в стабильных живых системах. Большинство регуляторных систем животных и растительных организмов работает по этому принципу. Положительная обратная связь преобладают в период эмбрионального развития.

Многие процессы в экологии, например, регуляция динамики популяций, также основаны на положительной и отрицательной обратной связи. Так, особый случай отрицательной обратной связи представляет собой рассмотренная итальянским математиком В. Вольтерра система хищник — жертва. Увеличение численности жертв способствует усиленному размножению хищников, а рост численности последних, напротив, — снижению численности жертв. Хотя таким образом равновесие и поддерживается в природе, но благодаря запозданию в размножении животных оно приобретает форму волн жизни — широких колебаний численности животных вокруг среднего уровня.

На молекулярном уровне по принципу обратной связи регулируется огромное число ферментативных реакций, одновременно протекающих в живой клетке. Координация этой сложной взаимосвязанной системы осуществляется путём изменения активности ферментов (отрицательную обратную связь осуществляют ингибиторы, положительную — стимуляторы) или скорости их синтеза.

Комбинации положительных и отрицательных обратных связях обусловливают альтернативную смену физиологических состояний (например, сон — бодрствование). Изучение кривой развития патологических процессов неинфекционного характера (трофические язвы, гипертония, маниакально-депрессивный психоз, эпилепсия и т.д.) позволяет, исходя из результата, определить наиболее вероятный тип обратной связи, лежащий в основе заболевания, и ограничить изучение его этиологии и патогенеза механизмами определённой категории. Живые объекты как наиболее совершенные саморегулирующиеся системы богаты различными типами обратной связи; изучение последних — весьма продуктивно для исследования биологических явлений и установления их специфичности.

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАДАНИЕ

 

Основными уровнями развития химического знания являются учения о составе, структуре, закономерностях химических процессов и (2)

эволюционная химия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

  1. Гончаров В.В. Важнейшие понятия и концепции в современном управлении. М., 2006.
  2. Горохов В.Г. Концепции современного естествознания. — М. : ИНФРА-М, 2009.
  3. Дубнищева Т.Я. и др. Современное естествознание. — М.: Маркетинг, 2007.
  4. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Синергетика как новое мировидение: диалог с И.Пригожиным // Вопросы философии. 2002. №12. С. 3-20
  5. Лебедев О.Т., Каньковская А.Р. Основы менеджмента. СПб., 2006.
  6. Майнцер К. Сложность и самоорганизация. Возникновение новой науки и культуры на рубеже века // Синергетическая парадигма. М., 2000.
  7. Поппер К. Эволюционная эпистемология // Эволюционная эпистемология и логика социальных наук. М., 2000.
  8. Суриков В.В. О термине «синергетика». //Синергетика. Труды семинара. Том 3. М., 2000, С.272-275.
  9. Хакен Г. Синергетика. М., 1980.
  10. Хакен
    Г. Квантовополевая теория твердого тела. –М.: Наука, 1980.

     

     

 

 


 

<

Комментирование закрыто.

MAXCACHE: 0.96MB/0.00158 sec

WordPress: 23.12MB | MySQL:121 | 1,265sec