Синергетика. Основы методологии

Интенсивное развитие нелинейных методов исследования сложных систем и сделанные в процессе этого развития открытия привели к тому, что учёные различных специальностей почувствовали необходимость в обобщении и синтезе потока новых знаний. Возникшую при этом междисциплинарную науку Г. Хакен назвал красивым именем «Синергетика».

Термин Синергетика происходит от греческого synergeia «синергеиа» — содействие, сотрудничество. Более часто встречавшимся до появления синергетики было слово «синергизм»:

1) координированное функционирование органов и систем;

2) комбинированное действие лекарственных веществ на организм, при котором суммарный эффект превышает сумму воздействий, оказываемых каждым компонентом в отдельности.

Слово Синергетика также употреблялось еще до Г. Хакена. Ч. Шеррингтон называл синергетическим согласованное воздействие спинного мозга в процессе управлении мышечными движениями. С. Улам, один из учёных, вновь открывших солитон, понял всю важность и пользу «синергии, т. е. непрерывного сотрудничества между машиной и её оператором».

Другой учёный, имевший прямое отношение к вторичному открытию солитона, Н. Забусский предложил единый синергетический подход к нелинейным математическим и физическим задачам как совместное использование обычного анализа и численной машинной математики.

Сжато и четко сформулировал триаду элементов, формирующих синергетику, Р. Г. Баранцев нелинейность-когерентность-открытость.

Эти три элемента присутствуют в многочисленных определениях синергетики, данных различными авторами.

По мнению Ю. А. Данилова и Б. Б. Кадомцева [2] , «в отличие от большинства новых наук, возникавших, как правило, на стыке двух ранее существовавших и характеризуемых проникновением метода одной науки в предмет другой, она (Синергетика) возникает, опираясь не на граничные, а на внутренние точки различных наук, с которыми она имеет ненулевые пересечения: в изучаемых (ею) системах, режимах и состояниях физик, биолог, химик и математик видят свой материал, и каждый из них, применяя методы своей науки, обогащает общий запас (её) идей и методов».

Среди предшественников Синергетики Р. Г. Баранцев называет тектологию и близкую к ней общую теорию систем, кибернетику и семиодинамику.

Вобрав в себя последние достижения математики, нелинейной физики, химии, биологии, наук о Земле, Синергетика позволила обнаружить существование в сложных системах различной природы универсальных качественных закономерностей возникновения, развития и разрушения различных структур.

Основными предшественниками синергетики, по мнению Р. Г. Баранцева, являются Российская школа нелинейной динамики (Л. И. Мандельштам, А. А. Андронов, С. П. Курдюмов, Г. Г. Малинецкий), бельгийская школа диссипативных процессов (И. Р. Пригожий), германская школа лазерной физики (Г. Хакен). Сюда же можно отнести создателей теории динамического хаоса и фрактальной геометрии (Е. Н. Лоренц, Б. Мандельброт, М. Фейгенбаум).

Перечислим основные результаты, которые в последние годы были получены в математике и естественных науках, и в настоящее время вошли в арсенал синергетики.

1. Создание математической теории катастроф.

2. Качественная теория динамических систем.

3. Изучение закономерностей перехода от регулярных процессов к хаотическим. Открытие новых фундаментальных чисел — чисел Фейгенбаум а.

4. Открытие «странных аттракторов», перевернувшее представление учёных о соотношении хаоса и порядка в природе.

5. Создание фрактальной геометрии.

6. Обнаруженное Г. Хакеном явление, связанное с тем, что самоорганизация сложных структур определяется, в основном, поведением очень небольшого количества параметров, названных им ведущими модами или параметрами порядка.

7. Последние достижения в теории динамических систем, в том числе создание эргодической теории.

8. Введение представлений о руслах и джокерах.

9. Создание неравновесной термодинамики.

10. Разработка принципиально новых подходов к энтропии и информации.

11. Внедрение в исследование самоорганизующихся структур методов асимптотической математики.

12. Разработка новой классификации волн, вихрей, дипольных структур и транспортно-информационных систем.

13. Новый мощный всплеск в теоретическом и экспериментальном исследовании солитонов. Перевязка теории солитонов с теорией бесконечномерных групп Каца-Муди.

14. Разработка качественной теории нелинейных волновых процессов, авто-волн и авто-структур. Исследование диссипативных структур. Открытие и подробное исследование режимов с обострением.

15. Открытие резонансных вихре-волновых структур. Разработка концепции вихре-волнового и структурно-волнового резонанса как одного из важнейших механизмов самоорганизации.

16. Открытие и исследование реакций Белоусова-Жаботинского и биологических автоволн.

17. Экспериментальное открытие и теоретическое обоснование степенных и логарифмических статистических закономерностей при изучении распределения элементов и структур в сложных самоорганизующихся системах и разработка новых методов качественного и количественного анализа динамики сложных информационно-транспортных систем.