Сущность кибернетики

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

В современной науке проходят интенсивные процессы дифференциации и интеграции знания, развиваются комплексные и междисциплинарные исследования, новые способы и методы познания, методологические установки, появляются новые элементы картины мира, выделяются новые, более сложные типы объектов познания, характеризующиеся историзмом, универсальностью, сложностью организации, которые раньше не поддавались теоретическому моделированию. Одним из таких объектов является процесс самоорганизации. Изучением этого процесса занимаются кибернетика и синергетика.



1. Сущность кибернетики

1.1 Кибернетика и ее принципы

Кибернетика (с греч. управление, искусство управления) - возникла в 40-х гг. ХХ века в результате насущной практической потребности в повышении качества управления в производственно-технической, хозяйственной, политический, военной и других областях человеческой деятельности.

Отцом кибернетики по праву называют выдающегося американского математика Н.Венера, который в 1948 г. впервые сформулировал основные идеи и принципы этой науки. Возникновение кибернетики было подготовлено всем предшествующим развитием науки - в первую очередь теории автоматического регулирования следящих систем, техники переработки и передачи информации, теории игр и оптимальных решений, физиологии (теории рефлексов), медицины, математической, логики, теории алгоритмов и машин, радиоэлектроники и других наук. Решающую роль в появление и в развитии кибернетики имело появление электронной автоматики и быстродействующих ЭВМ.

В создании кибернетики принимали участие многие ученые: Д.Биглоу, К.Шеннон, И.М.Сеченов, И.П.Павлов, А.М.Ляпунов, А.А.Марков, А.Н.Колмогоров и др.

Кибернетика - это наука об управлении и связи, оптимальном управлении, о восприятии, хранении и переработке информации, о причинных сетях. Каждое из этих определений подчеркивает существенную сторону кибернетики.

Область применения кибернетики определил Н.Винер - это машины, живые организмы и их объединения.

Исходя из вышесказанного, кибернетика - это наука об управлении в машинах, живых организмах и их объединениях на основе получения, хранения, переработки и использовании информации. Кибернетика - это наука об управлении в кибернетических системах. Кибернетические системы - это сложные динамические системы любой природы (технические, биологические, экономические, социальные, административные) с обратной связью. Сложными динамическими системами называются такие системы, которые содержат в себе множество более простых, взаимодействующих друг с другом систем и элементов, которые меняются, т.е. под воздействием определенных процессов переходят из одного устойчивого состояния в другое.

Сущность управления, базирующегося на использовании обратной связи, было разработано задолго до возникновения кибернетики - в рефлекторной теории И.М.Сеченова и И.П.Павлова. идея обратной связи была использована при создании автоматических регуляторов - поплавковых регуляторов Уатта.

Кибернетика сформулировала принцип обратной связи: без обратной связи невозможно управление сложными и сложнодинамическими системами. В настоящее время этот принцип сознательно кладется в основу конструирования станков-автоматов, ЭВМ и других технических устройств. С учетом принципа обратной связи организуется управление (руководство) предприятия со стороны министерства, промышленными предприятиями - со стороны дирекции, по той же схеме ректор осуществляет руководство преподавателем и группой, студенческими коллективами, а преподаватель - студентами.

Для кибернетики характерен макроподход: она ответвляется от внутреннего строения системы и рассматривает ее как единое целое, некий «черный ящик», способный функционировать с помощью потоков информации. Это и есть информативный принцип кибернетики. Теория информации - раздел кибернетики, занимающийся методами описания, оценки, хранения, передачи и использования информации. Рассматривая зависимость информации на выходе от информации, К.Шеннон разработал принцип функциональной связи.

Кибернетика использует и микроподход: она предполагает определение внутреннего строения системы управления, выявление ее основных элементов, их взаимосвязи, алгоритмов их работы и возможность синтезировать из этих элементов системы управления.

Кибернетику подразделяют на:

· теоретическую,

· техническую,

· прикладную.

Теоретическая кибернетика связана с разработкой аппарата и методов исследования систем управления любой природы. Она связана с машинным моделированием на ЭВМ. Моделирование на ЭВМ ставит теоретическую кибернетику в особое положение по отношению к другим наукам: она дает принципиально новый подход и метод исследования практически всех наук: естественных, технических, гуманитарных. В этом она сходна с математикой. Но кибернетика - не математика, так как имеет свой предмет исследования - системы управления. Создаются новые научные направления - математическая логика, теория вероятностей, вычислительная математика, теория информации, теория кодирования, теория алгоритмов и т.д. В самой кибернетике возникли такие разделы, как теория автоматов, теория формальных языков и грамматик, теория распознавания образов, теория самообучающихся и самоорганизующихся систем, теория игр, теория статистических решений и т.п. Машинное моделирование позволяет исследовать объекты на основе математической модели.

Техническая кибернетика - это конструирование и эксплуатация технических средств, применяемая в управляющих и вычислительных устройствах. Одна из главных проблем здесь - это проблема «человек-машина», т.е. изучение автоматических систем управления (АСУ), где обязательно принимает участие человек-оператор. Здесь она пересекается с инженерной психологией. Основные проблемы, стоящие перед технической кибернетикой, - это распознавание образов, создание читающих автоматов, анализ ситуаций, характеризующих технический процесс, разработка диагностических устройств.

Прикладная кибернетика содержит приложение двух предыдущих подразделов кибернетики к решению задач, относящихся к частным системам в биологии, медицине, экономике, промышленности, транспорте. Поэтому выделяют психологическую, биологическую и другие виды кибернетики.

Таким образом, в кибернетике скрестились почти все виды отраслей знаний - это целое направление в науке, занимающейся исследованием общих принципов управления и способов использования их в технике.

1.1.1 Самоорганизующиеся системы

Сложнодинамические системы часто представляют собой самоорганизующиеся системы. В зависимости от выделения той или иной ведущей группы свойств их также называют саморегулирующимися, самонастраивающимися, самоалгоритмизирующимися системами.

Самоорганизующимися называют такие системы, которые способны при изменении внешних или внутренних условий их функционирования и развития сохранять или совершенствовать свою организацию с учетом прошлого опыта, сигналы о которой поступают по каналам обратной связи.

Примеры самоорганизующихся систем: отдельная живая клетка, организм, биологическая популяция, человеческий коллектив, машина-автомат, машина-робот.

Так как в сложнодинамических системах имеют место процессы самоуправления и применяются операции управления, то они называются системами управления. Каждая система управления состоит из двух систем: управляемой и управляющей.

Управляющая система воздействует на элементы управляемой системы и приводит ее в соответствие с заданным алгоритмом или целью в новое состояние. Различают три вида системы управления:

· живые организмы,

· сложные (с обратной связью) машины,

· человеческие коллективы.

Заслуга кибернетики в том, что она показала универсальность процессов управления.

Процесс управления осуществляется в соответствии с задачей или целью управления. Управляющая система вырабатывает и передает по каналу обратной связи сигналы, несущие команды, которые поступают в управляемую систему и приводят ее к изменению. От управляемой системы по каналу обратной связи передаются сигналы, несущие информацию о том, как выполнены команды. В соответствии с этой информацией система вырабатывает новые, корректирующие команды. Это происходит до тех пор, пока цель управления не оказывается достигнутой.

1.1.2 Связь кибернетики с процессом самоорганизации

По современным представлениям, в формировании которых существенную роль сыграла кибернетика, процесс самоорганизации представляет собой автоматический процесс, при котором, если говорить о биологических системах, выживают комбинации, выгодные с точки зрения адаптации всего вида и отдельных организмов.

Кибернетика играет существенную роль в понимании общих принципов процессов самоорганизации и дает исследователям методы конструирования различных типов самоорганизующихся систем. Но при этом остается открытым вопрос о физических процессах, происходящих в ходе самоорганизации в самых различных физических, метеорологических, химических, биологических и других системах. Эти процессы, как правило, очень сложны. И все же установление общих закономерностей процессов самоорганизации оказывается возможным.

1.2 Синергетика как новое направление междисциплинарных исследований

кибернетика управление синергетика сеть

1.2.1 Понятие синергетики

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

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 и более сложных преобразований) и, следовательно, определяется совокупным, кооперативным действием. Чтобы подчеркнуть это обстоятельство Г.Хакен ввел специальный термин «синергетика». 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.

1.2.2 Отличие синергетики от кибернетики

Первые серьезные успехи в изучении проблем развития и самоорганизации были заложены кибернетикой. Это направление имело дело прежде всего с техническими управляющими и саморегулирующимися системами. В этом отношении примечательны гомеостатические системы, т.е. системы, поддерживающие свое функционирование в заданном режиме. С этих позиций становятся ясными факты устойчивости и сохранения системы, но нельзя понять, как возникают новые системы.

Синергетика как новое направление междисциплинарных исследований представляет собой интерес для науки в целом.

Во-первых, она представляет собой иной подход к изучению процессов самоорганизации, развития различного рода систем, чем кибернетика. Кибернетика ограничивалась анализом самоорганизующихся систем. Синергетика пытается раскрыть единые принципы самоорганизации в любых природных системах, т.е. как в живых, так и в неживых.

Во-вторых, принципы самоорганизации могут стать основой для создания общей концепции глобального эволюционизма, т.е. развития в масштабе всей Вселенной.

В-третьих, синергетика является более общей теории самоорганизации, чем теория, основанная на данных кибернетики. Обрисовывая единые механизмы структурогенеза, она становится целостной естественнонаучной концепцией становления и развития материальных структур.

В-четвертых, для синергетики характерен особый подход в постановке вопроса об изоморфных законах структурной статики и динамики. У нее есть собственные основания для решения этого вопроса, которых нет у кибернетики, ни у теории систем. Это положение о когерентном, самосогласованном, самоинструктированном поведении большого ансамбля инородных объектов, поставленных в определенные условия. Синергетика рассматривает мир объектов, основываясь не на известном ранее моменте активности материи - «резонансном возбуждении» вступающих во взаимодействие объектов.

1.2.3 Связь синергетики с другими науками

Процессы самоорганизации, которые изучает синергетика, основываются на одном общем эффекте - способности разнокачественных единиц материи в известных условиях проявлять активность, и даже не просто активность, а своего рода двойственность, каким-то образом согласованную, протекающую по единому плану и направленную в каждом конкретном случае на вполне конкретный факт структурирования или структурной трансформации.

Самоорганизующиеся системы приобретают присущие им свойства, структуры или функции и без какого бы то ни было вмешательства извне. Дифференциация клеток в биологии и рост снежинок могут в равной степени служить примерами самоорганизации. С другой стороны, такие устройства, как используемые в радиопередатчиках электронные генераторы, сделаны руками человека. Однако мы часто забываем о том, что во многих случаях технические устройства функционируют на основе процессов, тесно связанных с самоорганизацией.

В собственном смысле синергетика - это теория и методология, исследующая процессы самоорганизации. По своему рангу синергетика близка к философским наукам, поскольку объектом являются вопросы о том, как вообще возникают организационные структуры материальных образований со всеми их функциями.

Однако проблемы общие для философии и синергетики, раскрываются по-разному. Синергетика выражает то же содержание, но на языке конкретных терминов многих наук, использует значительный объем фактологического материала целого ряда дисциплин, таких как физика, химия, биология, общая теория вычислительных систем, экономика и социология, и не пользуется абстрактно-всеобщей философской формой. Каждая из вышеперечисленных наук имеет достаточно веские основания считать синергетику своей составной частью. Но синергетика каждый раз приносит характерные особенности, понятия, методы, чуждые традиционно сложившимся научным направлениям.

Так, например, термодинамика действует в полную меру только в том случае, если рассматриваемые системы находятся в тепловом равновесии; термодинамика необратимых процессов применима только к системам вблизи теплового равновесия. Синергетические системы в физике, химии, биологии находятся вдали от теплового равновесия и могут обнаруживать такие необычайные способности как колебания.

Таким образом, синергетика - не сумма физических идей или математических методов. Это система взглядов, в которых физик, химик, биолог и математик видят свой материал. Эта наука уже сыграла роль своего рода катализатора между представителями разнообразных наук.



2. Структурные компоненты и свойства процесса самоорганизации

Для процесса самоорганизации характерны следующие структурные компоненты и свойства.

2.1 Структурные компоненты процесса самоорганизации

Структурными компонентами, посредством которых осваивается информация, являются:

1. механизм управления, представленный в том или ином виде и отвечающий за получение, оценку, переработку информации и формулирование информационной программы ответного действия.

2. канал обратной связи.

Свойства самоорганизующейся системы

К свойствам процесса самоорганизации относятся следующие:

1. самоорганизующаяся система охраняет состояние термодинамического равновесия.

2. негаэнропийный характер самоорганизующейся системы обеспечивается использованием информации.

3. самоорганизующаяся система обладает функциональной активностью, выражающейся в противодействии внешним силам.

4. самоорганизующаяся система обладает выбором линии поведения.

5. целенаправленность действий.

6. гомеостаз и связанная с ним адаптивность системы.

2.2 Механизм, обеспечивающий организационный процесс

Рассмотрим механизм, обеспечивающий организационный процесс. Пусть имеется некоторая система с направленным на нее внешним воздействием - вход системы. Вместе с вещественно-энергетическим потоком в нее попадает информация, предоставляющая собой собственную упорядоченность того потока. Эта информация оценивается в особом блоке - механизме управления. Здесь же вырабатывается программа ответного действия. В результате система реагирует на воздействие извне. В выходном вещественно-энергетическом потоке также имеется информационная составляющая. Часть ее по каналу обратной связи поступает на вход системы и снова попадает в механизм оценки и переработки информации. В результате система получает сведения об эффективности ее ответной реакции и изменяет направление и интенсивность действия, если это нужно для самостабилизации.

Таким путем многократного самоконтроля системы, получившие название «самоорганизующиеся», настраиваются на внешние факторы, достигают равновесия с условиями среды существования и тем самым охраняют себя.



3. Характеристики процесса самоорганизации

Можно выделить три основные характеристики процесса самоорганизации:

· гомеостаз,

· обратная связь,

· информация.

3.1 Гомеостаз

Слово «гомеостаз» произошло от двух греческих слов: homois - подобный, одинаковый, сходный и stasis - неподвижность, состояние. Это относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма. Понятие «гомеостаз» применяют к биоценозам (сохранение постоянства видового состава и числа особей), в генетике, кибернетике. Таким образом, гомеостаз - это стремление живой системы сохранить стабильность своей организации, рода, популяции.

Гомеостаз присущ любому существу, любой живой системе. Стремление к гомеостазу - мощнейший фактор эволюции, открывает прямое влияние на интенсивность естественного отбора.

Разрушение организации живой системы означает ее гибель. Живое всегда стремится сохранить свою стабильность - это факт эмпирический. Но стремление к гомеостазу должно компенсироваться другими тенденциями, так как устойчивость, доведенная до предела, прекращает свое развитие.

3.2 Обратная связь

Механизм обратной связи - это реакция системы на внешнее воздействие. Более точно можно сказать, что механизм обратной связи - это механизм, определяющий изменение состояния, являющийся реакцией на внешнее воздействие и определяющийся этой реакцией.

Существую отрицательные обратные связи, которые поддерживают гомеостаз, т.е. компенсируют внешнее воздействие, и положительные обратные связи, которые ухудшают стабильность системы.

Стремление к гомеостазу формирует механизмы не только отрицательных, но и положительных обратных связей, так как она компенсируется тенденцией разнообразия. Одна из таких тенденций порождается принципом минимума диссипации энергии (рассеяния энергии). Это является таким же эмпирическим обобщением, как и принцип сохранения гомеостаза.

Также живым системам свойственен метаболизм, т.е. обмен энергией и веществом с внешним миром (обмен веществ), без которого они существовать не могут. Одной из ведущей тенденций развития живых систем является стремление в наибольшей степени использовать энергию внешней среды. Это тоже является эмпирическим фактом: так же, как и стремление сохранить гомеостаз, живому свойственно стремление так изменить систему, направить эволюционный процесс в такую сторону, чтобы увеличить способность системы усваивать внешнюю энергию и вещество.

Таким образом, одной из особенностей любого из важнейших эволюционных процессов, протекающих в живом мире, является противоречие между тенденциями к стабильности, т.е. сохранению гомеостаза, и укреплению отрицательных обратных связей, и тенденциями к поиску новых, более рациональных способов использования внешней энергии и вещества, т.е. укреплению положительных обратных связей. Способы решения этих противоречий могут быть различными, и это обстоятельство ответственно за самые разнообразные организационные формы материального мира.

Распространена теория двойственной обратной связи, согласно которой обратная связь в природных системах представлена в двух формах: информационной и неинформационной. Считается, что неинформационный тип распространен в неживой природе, а информационный появляется, начиная с органического уровня материи. Организация систем в живом мире порождает совершенно иной, новый тип механизмов развития, неизвестный в неживой природе, содержащий механизмы обратной связи. Это и есть та главная особенность, которая отличает живое от неживого.

3.3 Информация

Информация - это отраженная структура, воспроизводящая структуру оригинала. Растительный мир, животный мир, мыслящий человек и человеческое общество - это гигантская иерархия систем с информационной самоорганизацией.

3.3.1 Этимология понятия информация

Употребляя понятие «информация», важно помнить об этимологии этого понятия. В обычном, т.е. житейском, смысле оно означает сумму сведений, которые получает субъект - человек или группа людей, животных, - об окружающем мире, о самом себе, другом субъекте или изучаемом явлении, т.е. сведений, с помощью которых он может точнее прогнозировать результат своих действий и отбирать способы использования своих возможностей для обеспечения собственных интересов, достижения поставленной цели. В этой трактовке информации центральной фигурой оказывается человек, который использует полученные сведения по своему усмотрению.

Информация нужна субъекту для обеспечения возможности успеха некоторых целенаправленных действий. Качество же информации зависит также от субъекта, его способности воспринимать и обрабатывать информацию. Качество оценивается прежде всего тем, насколько знания, получаемые о предмете или окружающей обстановке, помогают в принятии решения. Ценность и смысл информации полностью раскрываются только тогда, когда существует цель.

На развитие утвердившегося в широких кругах понимания смысла информации и на развитие соответствующей теории информации оказали огромное влияние работы Н.Винера и К.Шеннона.

Теория информации - это раздел кибернетики, занимающийся методами описания, оценки, хранения, передачи и использования информации. Основное понятие теории информации - количество информации. В докибернетический период информацию связывали исключительно с человеческим сознанием. Две концепции информации существуют и в настоящее время:

· Информация свойственна обществу, живым системам, кибернетическим устройствам и не присуща живой природе.

· Информация присутствует во всех материальных системах.

Изменения, происходящие в системе в результате отражения или спонтанно, реализуются в форме вещественных или энергетических сигналов. Информация - это содержание сигнала, а значит, содержание отражения и изменения вообще.

Таким образом, можно говорить о двух видах информации:

· Информация как мера неоднородности распределения материи и энергии в пространстве и времени, мера разнообразий, мера изменений, которыми сопровождаются все протекающие в мире процессы.

· Информация как форма мышления, которое является высшим продуктом мозга.

Информация как степень упорядоченности системы внутренне присуща самой системе независимо от ее познания.



3.3.2 Информация и память

Человеку в процессе своей жизнедеятельности в силу тех или иных причин приходится воспроизводить в принципе необратимый процесс, изучать его характеристики, сохранять о нем информацию и т.д.

Он использует для этого свою память. Память - это способность к воспроизведению прошлого опыта, это одно из основных свойств нервной системы, выражающееся в способности длительно хранить информацию о событиях внешнего мира и реакциях организма и многократно вводить ее в сферу сознания и поведения.

Понятие «память» тесно связано с понятием «информация». Говоря о памяти системы или организма, мы имеем в виду способность системы

· в той или иной степени сохранять свои параметры и делать доступной для исследователя возможность использования информации о ее прошлом,

· обеспечивать запись, хранение и передачу информации то одних поколений к другим.

Необходимость использования информации, ее накопления и хранения, т.е. памяти, возникает лишь на определенном этапе саморазвития материального мира. Развитие процессов формирования памяти началось одновременно с появлением жизни, шло разными путями. В результате важнейшего процесса самоорганизации возникает совершенно непохожая на другие формы памяти генетическая память. Она существовала уже у прокариотов, однако решающий шаг был сделан лишь в эпоху эукариотов.

Вместе с развитием памяти изменялись и способы использования информации. Ее значение и характер влияние на эволюционные процессы возрастают по мере усложнения организационных форм живого мира. Дальнейшее развитие материи и жизни требует более массивных объемов информации, новых непрерывно усложняющихся знаний.

Обретя разум, человек приобрел вместе не только новые возможности, но и новые трудности - трудности выбора действий. С одной стороны, вместе с интеллектом, он получил удивительную способность предвидеть результаты собственных действий и поступков, возможность создавать и использовать в собственных целях огромные массивы информации: они намного порядков выше тех, которые используют самые разумные животные. С другой стороны, эта информация раскрывает перед человеком сложную противоречивость окружающего мира, понимание которой приводит его в плен неопределенности.

Человеческий мозг, усваивая многообразную информацию, сам по себе не в состоянии извлекать из нее достаточно полную и ясную картину происходящих событий. Эта ограниченность индивидуального интеллекта определяется физико-химическими свойствами мозга и его морфологией. Она проявляется в том, что у человека появляется представление о множественности возможных продолжений, которое в сложных и чрезвычайных ситуациях мешает ему сделать однозначный выбор.

3.3.3 Две точки зрения на информацию

Существуют две точки зрения на информацию:0

1. принимает уровень живой природы за нижнюю границу естественных информационных явлений.

2. относит информационные процессы и к неорганическим преобразованиям.

Согласно первой точке зрения, реальность информации в неживой природе допускается лишь в структурно-связанном, пассивном виде, т.е. неорганические системы не наделены свойством оценки и ответной реакции воздействия. Они не способны учитывать характер упорядоченности внешнего воздействия, интерпретировать поступающую последовательность сигналов и изменять соответствующим образом.

Но в природе нет рубежа, отмечающего начало информационных процессов. Природа в информационном отношении не рассечена на две несвязанные части. И в живой и в неживой природе оба вида информации не только неразрывны, но и диалектически взаимопредполагают друг друга. Тезис о пассивной информации в неживой природе доказывает лишь то, что у неорганических преобразований отсутствует высокоразвитая способность ее организационно использовать, как это делает, например, мозг человека. Одной из фундаментальных функций мозга является конструирование представлений об окружающей среде и соответствующих причинных взаимодействий внутри нее и использование этой информации для предсказания событий.



4. Синергетика и глобальный эволюционизм

Проблемы самоорганизации имеют существенное значение для понимания эволюции материи, развития живых организмов и преобразования социальных. Синергетика представляет собой процесс усложнения, в результате которого образуются высокоупорядоченные структуры, качественно отличающиеся от исходных.

Учение об эволюции, созданное Ч.Дарвином, показывает, как постепенно под влиянием естественного отбора. Происходило совершенствование видов и возникновение новых. Разумеется, что новые организации представляют собой весьма совершенные самоорганизующиеся системы неорганической природы. Поэтому возникает вопрос: нельзя ли разработать и обосновать такую концепцию эволюции, которая раскрывала бы механизм эволюции глобального, даже космического масштаба? Иными словами: можно ли представить все формы движения материи, весь материальный мир Вселенной?

4.1 Важнейшие достижения современной науки в познании структуры и развития материи

Космология - это астрофизическая теория структуры и динамики изменения Метагалактики, включающая в себя и определенное понимание свойств всей Вселенной. Космология основывается на астрономических наблюдениях Галактики и других звездных систем. Существует понимание космологии как физического учения обо всей вселенной в цело в частности - о Метагалактике. Но такое понимание спорно, так как не включает вклада астрономии в учение о вселенной, свойствах звезд, галактик, и других космических объектов.

Космология как наука об эволюции Вселенной - очень молодая наука. Несмотря на то, что космологические настроения явились ядром многих учений, начиная с древности, они все были лишь предысторией научной космологии.

В последние годы были предприняты попытки осуществления программы космологического эволюционизма с учетом новых данных космологии и физики. Эта концепция основана на так называемой модели Большого взрыва.

Современная наука дает возможность построить более или менее убедительно в своих основных чертах картину глобальной эволюции.

Наиболее характерными особенностями этой эволюции являются:

1. признание того, что она должна начинаться с простого состояния.

2. Последующее усложнение материальных систем.

3. глобальная эволюция может осуществляться только в результате взаимодействия микро- и макроэволюции.

Выделяют несколько этапов развития космологических теорий:

1. Классическая космология (Ньютон, Кант, Ламберт, Шарлье и т.д.) давала модель иерархической структуры вселенной в виде бесконечной последовательности систем все возрастающих масштабов.

Недостатки:

1) была плохо обоснована;

2) не учитывала уменьшения гравитационных сил с увеличением расстояния;

3) гравитационных сил недостаточно для удержания галактик и их скоплений;

Галактики со временем должны распасться на отдельные элементы.

Было принято, что Метагалактика - самая большая космическая система, в которой концентрируются галактики. Сами же галактики распределены в пространстве равномерно и однородно на сколь угодно больших расстояниях.

2. Созданная А.Эйнштейном общая теория относительности связала тяготение с кривизной пространства-времени. Тяготеющие массы через гравитационное поле вызывают искривление пространства-времени, а уравнения Эйнштейна связывают кривизну пространства времени с плотностью массы, импульсом, потоками масс и импульсов. На основе этих уравнений была разработана «статическая модель Вселенной».

3. Нестационарность Вселенной. Советский математик А.А.Фридман в 1922г. нашел иное решение уравнений общей теории относительности. Вселенная нестационарна, и ее пространство обладает переменной во времени кривизной, одинаковой во всех малых масштабах. Он вывел три следствия из предложенных решений:

· Вселенная и ее пространство расширяются со временем;

· Вселенная сжимается;

· Во Вселенной чередуется через большие промежутки времени циклы сжатия и расширения.

4. В 1926г. американский астроном Хаббл, исследовал спектры далеких галактик и подтвердил вывод Фридмана о нестационарности Вселенной, в результате чего в космологии утвердилось мнение - модель расширяющейся Вселенной.

Согласно этой модели, считается, что расширению вселенной предшествовал этап, когда материя в определенной ее части находилась в сверхплотном и сверхгорячем состоянии. Ученые предполагают, что в таком состоянии она оставалась крайне простой структурой. Между частицами и связывающими их силами существовала симметрия. Таким образом, более двадцати миллиардов лет назад все вещество вселенной находилось в точечном объеме с бесконечной плотностью. Как оно там оказалось? Модель не объясняет, но предполагается, что в результате гравитационного коллапса произошло разрушение всех атомных ядер, элементарных частиц и материя сжалась в точку с бесконечной массой и плотностью.



4.1.1 Модель Большого взрыва

Считается, что после того как 15 млрд лет назад произошел Большой взрыв, началось постепенное охлаждение и расширение Вселенной. Причины Большого взрыва и перехода к расширению во всех моделях вселенной считаются неясными и выходящими за рамки компетенции любой физической современной теории. Но если взрыв был, то дальше картина выглядит следующим образом:

1) Через 10-43 с начала расширения началось рождение частиц и античастиц.

2) Через 10 -6 - возникновение протонов и антипротонов. Количество протонов на одну стомиллионную часть (10 -8) превышало количество антипротонов, в результате чего после аннигиляции возникло и сохранилось то вещество, из которого возникли все галактики, звезды и планеты. Если бы число протонов было бы равно числу антипротонов, то вещество полностью перешло бы в излучение и невозможно было бы наблюдение Космоса и Земли.

3) Через 1 с после начала расширения стали рождаться электронно-позитронные пары.

4) Через 1 мин начались ядерный синтез и образование ядер дейтерия и гелия. На долю последних пришлось примерно 30% от массы оставшихся протонов.

Образование более тяжелых элементов в рамках этой теории объяснить не удалось, так как не хватило времени для их синтеза в процессе расширения. Эти элементы образуются в последующей эволюции звезд в результате термоядерных реакций в их недрах, а тяжелые элементы синтезируются при взрыве сверхновых и затем выбрасываются в космическое пространство, где они со временем концентрируются в газово-пылевые облака, из которых образуются звезды второго поколения типа Солнца и планеты вокруг них.

Через 300 тыс. лет после большого взрыва произошло отделение излучения от вещества, вселенная стала прозрачной, в последующие миллиарды лет стали формироваться галактики, первичные звезды в шаровых скоплениях и звезды второго поколения в спиральных рукавах галактик.

В современной космологии происходит борьба идей. В модели большого взрыва всей материи неясны причины взрыва, а выделившаяся при этом энергия не может быть объяснена никакими законами физики. Все, что не запрещено законами природы может быть где-нибудь, когда-нибудь реализовано, если это законы объективного мира. Но следует различать объективные законы природы и теоретическое выражение этих законов в науке. Последние всегда являются приближением к первым, поэтому не всякая теоретическая модель может иметь объективный аналог в природе.

Рассмотренная выше модель не является абсолютной. Уже сейчас выдвигаются альтернативные подходы, например, модель пульсирующей вселенной, в которой периодически появляются этапы «сбегания» и «разбегания» материи.

4.1.2 Самоорганизация материи на Земле

Земля возникла 4,6 млрд лет назад, а жизнь на ней - около 3-3,5 млрд лет назад. Можно предположить, что на Земле самоорганизация материи происходила в специфических условиях: восстановленная атмосфера, перепады температур, солнечная радиация, атмосферное электричество, вулканическая деятельность, которые послужили основанием для дальнейшего органического синтеза. Эти условия явились базой для такого сочетания молекул, при котором возникли первичные сахара, аминокислоты, азотистые образования. В процессе дальнейшего развития вероятностный процесс приобрел не только черты селекций, учитывающей преимущества направленных физико-химических процессов, но и выгодность информационных организмов.

Следующая фаза связана с селекцией информационных молекул, контролирующих управление химическими реакциями и самовоспроизведением. Становление подлинно живых систем окончательно завершилось в рамках популяций, видов. В пределах этих форм организации живого окончательно и в полной мере реализовывались основные факторы эволюции. Изменчивость генотипов, т.е. информационных систем оказалась опосредованной и зависящей от сложных взаимоотношений в биотических сообществах.

Идея о взаимодвижении материи, возникновении материального мира или космоса из первоначального хаоса встречается в древнейших учениях Востока. На Западе эта идея ясно прослеживается в архаических мифах и ранней греческой философии.

На идее саморазвития не только живой, но и неживой материи основывается принцип глобального эволюционизма, т.е. развития в глобальных масштабах, в размерах всей Вселенной. В рамках этой идеи и строятся модели развития Метагалактики, в том числе постоянно развивается и дополняется описанная выше теория Большого взрыва.

В прошлом не раз выдвигались модели вселенной, основанные на некоторых уравнениях теории тяготения, общей теории относительности ряде других постулатов.

Эти модели считались достаточными для характеристики всей вселенной. Однако этих моделей недостаточно, все они будут идеализацией, отнюдь не тождественной реальности. Для познания Вселенной необходимо раскрытие природы гравитации, разработка единой теории материи, синтез космологии и физики микромира, а также много других дисциплин.



Заключение

Решающим фактором самоорганизации является самообразование петли положительной обратной связи системы и среды. При этом система начинает самоорганизовываться и противостоит тенденции ее разрушения средой. Например, в химии такое явление называют автокатализом. В неорганической химии автокаталитические реакции довольно редки, но, как показали исследования последних десятилетий в области молекулярной биологии, петли положительной обратной связи составляют саму основу жизни. История развития природы - это история образования все более и более сложных систем. Такие системы и обеспечивают всеобщую эволюцию природы не всех уровнях ее организации - от низших и простейших к высшим и сложнейшим (человек, общество, культура)



Список литературы

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания [Текст]: учебное пособие / А.А.Горелов. - М.: ВЛАДОС,1998. - 512с.: ил.

2. Гусейханов М.К. Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания [Текст]: учебник / М.К.Гусеханов. - 2-е изд.- М.:Дашков и Ко, 2005. - 692с.

3. Данилова В.С. Кожевников Н.Н. основные концепции современного естествознания [Текст]: учебник для ВУЗов / В.С. Данилова. - М.: АСПЕКТ ПРЕСС,2000. - 256с.

4. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания [Текст] / Т.Я.Дубнищева. - Новосибирск: ЮКЭА,1997. - 832с.

5. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания [Текст]: учебник для ВУЗов / С.Х.Карпенков. - 5-е изд. перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2001. - 488с.: ил.

6. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания [Текст]: учебное пособие / В.М.Найдыш. - М.: Гардарики, 2003. - 476с.

Размещено на Allbest.ru

...