Кібернетика

Кібернетика - наука про загальні закономірності процесів управ­ління і передачі інформації в технічних, біологічних і соціальних си­стемах. Вона порівняно молода. її засновником є американський ма­тематик Н. Вінер (1894-1964), що випустив в 1948 році книгу " Кібернетика, або управління і зв'язок в тварині і машині". Свою на­зву нова наука отримала від старогрецького слова " кібернетес", що в перекладі означає " керівник", " рульовий", " керманич". Вона виникла на стику математики, теорії інформації, техніки і нейрофізіології, її цікавив широкий клас, як живих, так і неживих систем.

Але кібернетика виділила загальні закономірності управління в рі­зних процесах і системах, а не їх специфіку. У " докібернетичний" пе­ріод знання про управління і організацію носили " локальний" харак­тер, тобто в окремих областях. Так, ще в 1843 р. польський мислитель Б. Трентовський опублікував книгу " Відношення філософії до кіберне­тики як мистецтво управління народом". У своїй книзі " Досвід філо­софських наук" у 1834 році відомий фізик Ампер дав класифікацію наук, серед яких третьою за порядком стоїть кібернетика, - наука про поточну політику та практичне управління державою (суспільством).

Еволюція уявлення про управління відбувалася у формі накопи­чення, підсумовування окремих даних. Кібернетика розглядає про-

блеми управління, вводячи в науку нові теоретичні " заділи", новий понятійний, категоріальний апарат. У загальну кібернетику зазвичай включають теорію інформації теорію алгоритмів, теорію ігор і тео­рію автоматів, технічну кібернетику.

Основні поняття кібернетики: управління, система, що управляє, керована система, організація, зворотний зв'язок, алгоритм, модель, оптимізація, сигнал і ін. У керованих систем завжди існує деяка безліч можливих змін, з якої проводиться вибір переважної зміни. Якщо у системи немає вибору, то не може бути і мови про управління.

Засновник кібернетики Н. Вінер писав, що " дія або поведінка допускає тлумачення як спрямованість на досягнення деякої мети, тобто деякого кінцевого стану, при якому об'єкт вступає в певний зв'язок у просторі і в часі з деяким іншим об'єктом або подією". Ме­та визначається як зовнішнім середовищем, так і внутрішніми потре­бами суб'єкта управління. Мета повинна бути принципово досяж­ною, вона повинна відповідати реальній ситуації та можливостям системи (керуючої та керованої).

Принцип зворотного зв'язку характеризує інформаційну та прос­торово-часову залежність у кібернетичній системі. Поняття зворот­ного зв'язку має відношення до мети управління. Поведінка об'єкта управляється величиною помилки в положенні об'єкта по відношен­ню до мети.

Управління - інформаційний процес. Інформація - " їжа", " ре­сурс" управління. Тому кібернетика є разом з тим наука, про інфор­мацію, про інформаційні системи і процеси. Початковий сенс терміна " інформація" пов'язаний з відомостями, повідомленнями і їх передачею. " Докібернетичне" поняття інформації пов'язане з сукуп­ністю відомостей, даних і знань. Воно стало невизначеним з виник­ненням кібернетики. Поняття інформації в кібернетиці уточнюється в математичних " теоріях інформації" ". Це теорії статистичної, комбіна­торної, топологічної, семантичної інформації.

Поняття самоорганізації в сучасну науку увійшло через ідеї кібер­нетики. Процес самоорганізації систем обумовлений таким неент-ропійним процесом, як управління. Ентропія - міра неорганізованос­ті, хаосу. Ентропія та інформація, як правило, розглядаються спільно. Інформація - це те, що усуває невизначеність, кількість " знятої" " не-

визначеності. Тенденція до визначеності, до підвищення інформатив­ності - процес негентропійний.

Термін " система", що " самоорганізується", ввів кібернетик У. Росе Ешбі для опису кібернетичних систем. Для систем, що самооргані-зуються, характерні:

1) здатність активно взаємодіяти з середовищем, змінювати йо­
го в напрямі, що забезпечує успішніше функціонування сис­
теми;

2) наявність певній гнучкості структури або адаптивного меха­
нізму, виробленого в ході еволюції;

3) непередбачуваність поведінки систем, що самоорганізуються;

4) здатність враховувати минулий досвід або можливість на­
вчання.

Використання понять і ідей кібернетики в питаннях фізики, хімії, біології, соціології, психології і інших науках дали чудові сходи, до­зволили глибоко просунутися в суть процесів, що протікають у не­живій і живій природі. Система, що самоорганізується, - це пізнава­льна модель науки XXI століття.

Синергетика

Синергетика - наука, метою якої є виявлення, дослідження зага­льних закономірностей у процесах освіти, стійкості та руйнування впорядкованих тимчасових і просторових структур в складних нерів­ноцінних системах різної природи (фізичних, хімічних, біологічних, екологічних і ін.).

Синергетика є новим етапом вивчення складних систем, що продовжує і доповнює кібернетику та загальну теорію систем. Якщо кібернетика займається проблемою підтримки стійкості шля­хом використання негативного зворотного зв'язку, а загальна теорія систем - принципами їх організації (дискретністю, ієрархічністю і т. п.), то синергетика фіксує свою увагу на нерівноважності, нестабіль­ності як природному стані відкритих нелінійних систем, на множин­ності та неоднозначності шляхів їх еволюції. Синергетика досліджує типи поведінки таких систем, тобто нестаціонарні структури, які ви­никають у них під дією зовнішніх дій або із-за внутрішніх чинників (флуктуації).

Синергетика досліджує організаційний момент, ефект взаємодії великих систем. Виникнення організаційної поведінки може бути обумовлено зовнішніми діями (вимушена організація) або може бути результатом розвитку власної (внутрішньої) нестійкості системи (самоорганізація).

Разом з процесами самоорганізації синергетика розглядає і пи­тання самодезорганізації - виникнення хаосу в динамічних системах. Як правило, системи, що досліджуються є дисипативними, відкрити­ми системами.

Основою синергетики служить єдність явищ, методів і моделей, з якими доводиться стикатися при дослідженні виникнення порядку з безладу або хаосу, - в хімії (реакція Белоусова-Жаботинського), космології (спіральні галактики), екології (організація співтовариств) і т. д. Прикладом самоорганізації в гідродинаміці служить поява в рідині (починаючи з деякої температури), що підігрівається, шести­кутних осередків Бенара, виникнення тороїдальних вихорів (вихорів Тейлора) між циліндрами, що обертаються. Приклад вимушеної ор­ганізації - синхронізація мод у багатомодовому лазері за допомогою зовнішніх періодичних дій. Інтерес для розуміння законів синергети­ки представляють процеси передбіологічної самоорганізації до біо­логічного рівня. Системи, що самоорганізуються, виникли історично в період виникнення життя на Землі.

Моделі синергетики - це моделі нелінійних, нерівноважних сис­тем, що піддаються дії флуктуації. У момент переходу впорядкована і неврегульована фази відрізняються одна від одної так мало, що са­ме флуктуації переводять одну фазу в іншу. Якщо в системі можливі декілька стійких станів, то флуктуації відбирають одну з них. При аналізі складних систем, наприклад, у біології або екології, синерге­тика досліджує прості основні моделі, що дозволяють зрозуміти і ви­діляти найбільш істотні механізми " організації порядку" виборчу нестійкість, імовірнісний відбір, конкуренцію або синхронізацію під­систем. Поняття й образи синергетики зв'язані, в першу чергу, з оцін­кою впорядкованості та безладу - інформація, ентропія, кореляція, точка біфуркації і ін. Методи синергетики в значній мірі перетина­ються з методами теорії коливань і хвиль, термодинаміки нерівнова­жних процесів, теорії катастроф, теорії фазових переходів, статисти­чної механіки, теорії самоорганізації, системного аналізу.

Синергетичні закономірності

Синергетика пояснює процес руху від хаосу до порядку, процес самоорганізації, виникнення нового:

1. Для цього система повинна бути відкритою - обмінюватися
енергією, речовиною інформацією з навколишнім середовищем.
Очолюючу роль у навколишньому світі грає не порядок, стабільність
і рівновага, а нестійкість і неравноважність.

2. Фундаментальною умовою самоорганізації служить виник­
нення і посилення порядку через флуктуації.

3. У особливій точці біфуркації флуктуація досягає такої
сили, що організації система не витримує і руйнується, і принципо­
во неможливо передбачити: чи стане стан системи хаотичним або
вона перейде на новий, більш диференційований і високий рівень
впорядкованості. У точці біфуркації система може почати розвиток
в новому напрямі, змінити свою поведінку. Під точкою біфуркації
розуміється стан даної системи, після якого можлива деяка безліч
варіантів її подальшого розвитку. Прикладом біфуркацій можуть
служити " вибір супутника життя", " ситуації вибору учбового за­
кладу". Наочний образ біфуркації дає картина В. М. Васнецова
" Лицар на роздоріжжі".

4. Нові структури, що виникають у результаті ефекту взаємодії
багатьох систем, називаються дисипативними, тому що для їх підтрим­
ки потрібно більше енергії, чим для підтримки простіших, на зміну
яким вони приходять. У точці біфуркації система встає на новий шлях
розвитку. Ті траєкторії або напрями, по яких можливий розвиток систе­
ми після точки біфуркації і які відрізняється від інших відносною стій­
кістю, ведуть у новий стан - атрактор. Атрактор - це відносно стійкий
стан системи, безліч " ліній" розвитку, можливих після точки біфуркації.
Випадковість і необхідність взаємно доповнюють одна одну в процесі
виникнення нового.

5. Дисипативні структури існують лише тому, що система
дисипує (розсіює) енергію, а, отже, виробляє ентропію. З ентропії ви­
никає порядок із збільшенням загальної ентропії. Таким чином, ент­
ропія є не просто зісковзуванням системи до дезорганізації, вона стає
прародителькою нового порядку. Так з хаосу (нестійкості) відповідно
до певної інформаційної матриці народжується порядок.