Самоорганизация

процесс, в ходе которого создаётся, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы (См. Система). Процессы С. могут иметь место только в системах, обладающих высоким уровнем сложности и большим количеством элементов, связи между которыми имеют не жёсткий, а вероятностный характер. Свойства С. обнаруживают объекты самой различной природы: живая клетка, организм, биологическая популяция, биогеоценоз, человеческий коллектив и т. д. Процессы С. происходят за счёт перестройки существующих и образования новых связей между элементами системы. Отличительная особенность процессов С. — их целенаправленный, но вместе с тем и естественный, спонтанный характер: эти процессы, протекающие при взаимодействии системы с окружающей средой, в той или иной мере автономны, относительно независимы от неё.

Различают 3 типа процессов С. Первый — это самозарождение организации, т. е. возникновение из некоторой совокупности целостных объектов определенного уровня новой целостной системы со своими специфическими закономерностями (например, генезис многоклеточных организмов из одноклеточных). Второй тип — процессы, благодаря которым система поддерживает определенный уровень организации при изменении внешних и внутренних условий её функционирования [здесь исследуются главным образом гомеостатические механизмы (см. Гомеостаз), в частности механизмы, действующие по принципу отрицательной обратной связи (См. Обратная связь)]. Третий тип процессов С. связан с совершенствованием и с саморазвитием таких систем, которые способны накапливать и использовать прошлый опыт (см. Самообучающаяся система).

Специальное исследование проблем С. впервые было начато в кибернетике (См. Кибернетика). Термин «самоорганизующаяся система» ввёл английский кибернетик У. Р. Эшби (1947). Широкое изучение С. началось в конце 50-х гг. в целях отыскания новых принципов построения технических устройств, обладающих высокой надёжностью, и создания вычислительных машин, способных моделировать различные стороны интеллектуальной деятельности человека. Исследование проблем С. стало одним из основных путей проникновения идей и методов кибернетики, теории информации и теории систем в биологическое и социальное познание. См. также статью Самоорганизующаяся система.

Лит.: Брайнес С. Н., Напалков А. В., Некоторые вопросы теории самоорганизующихся систем, «Вопросы философии», 1959, № 6; Самоорганизующиеся системы, пер. с англ., М., 1964; Принципы самоорганизации, пер. с англ., М., 1966; Кремянский В. И., Структурные уровни живой материи, М., 1969; Пригожин А. И., Социологические аспекты управл»ния, М., 1974; Self-organizing systems, Wash., 1962; Formby J., An introduction to the mathematical formulation of self-organizing systems, L., 1965.

Б. Г. Юдин.

1. самоорганиза́ция;
2. самоорганиза́ции;
3. самоорганиза́ции;
4. самоорганиза́ций;
5. самоорганиза́ции;
6. самоорганиза́циям;
7. самоорганиза́цию;
8. самоорганиза́ции;
9. самоорганиза́цией;
10. самоорганиза́циею;
11. самоорганиза́циями;
12. самоорганиза́ции;
13. самоорганиза́циях.

САМООРГАНИЗАЦИЯ - целенаправленный процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы. Свойства самоорганизации обнаруживают объекты различной природы: клетка, организм, биологическая популяция, биогеоценоз, человеческий коллектив. Термин "самоорганизующаяся система" ввел английский кибернетик У. Р. Эшби (W.R. Ashby, 1947).

САМООРГАНИЗАЦИЯ, естественный, спонтанный процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы. Свойства самоорганизации обнаруживают объекты разной природы: клетка, организм, биологическая популяция, биогеоценоз, человеческий коллектив. Термин "самоорганизующаяся система" ввел английский кибернетик У.Р. Эшби в 1947.

сущ. self-organization

ж. книжн.

autoorganización f

САМООРГАНИЗАЦИЯ

- самопроизвольное (не требующее внеш. организующихвоздействий) установление в неравновесных диссипативных средах устойчивыхрегулярных структур (см. Диссипативные структуры). Первые исследованияявления С. были проведены И. Р. Пригожиным и его коллегами в 1960-е гг.11].Процесс самопроизвольного формирования регулярных структур называют такжепроцессом формообразования, а соответствующую область науки часто называют синергетикой[3].

Наиб. известный и наглядный пример С.- возникновение конвективных решёток(сотовой структуры конвекции) с шестигранными ячейками, ячейками Б е на р а, при подогреве горизонтального слоя жидкости снизу (см. Бифуркация). Приподогреве снизу плоского слоя жидкости развивается т. н. конвектив-наянеустойчивость, связанная с тем, что молекулярный теплоперенос не в состоянииобеспечить температурный баланс между нагретой ниж. поверхностью и охлаждённойверх. поверхностью слоя. Всплывающий в результате действия архимедовойсилы нагретый (более лёгкий) элемент жидкости вытесняет холодную жидкость, <заставляя её двигаться вниз. В результате в слое устанавливается стационарноевращение элементов жидкости, к-рое при визуализации выглядит как структураупорядоченно вложенных роликов или валов. Ориентация валов в достаточнобольшом горизонтальном слое произвольна и зависит лишь от случайных нач. <условий. Характерный масштаб зависит от толщины слоя и параметров жидкости. <В жидкостях, где существенна зависимость параметров от темп-ры, существующиена нач. этапе развития неустойчивости валы с разл. ориентацией в результатеэффекта взаимной синхронизации образуют связанное состояние - решётку сшестигранными ячейками. Возбуждения с любыми др. масштабами (отличнымиот наблюдаемого) подавляются в результате конкуренции.

Параметры установившихся макроскопич. структур не зависят (в нек-рыхпределах) от изменения нач. условий. Они определяются лишь свойствами неравновеснойдиссипативной среды (поля). В этом смысле такие диссипативные структурыестественно назвать автоструктурами, подобно тому как установившиеся колебанияв диссипативной системе с внеш. источником энергии называют автоколебаниями.

Др. пример С.- самопроизвольное образование спиральных волн в двумерномхим. реакторе, в к-ром протекает автокаталитич. реакция типа реакции Белоусова- Жаботинского (см., напр., [2]).

Теория С. представляет собой раздел нелинейной динамики неравновесныхсред и основывается на сравнительно небольшом числе базовых моделей. Простейший(монотонный) процесс формообразования, установления статич. структур описываетсят. н. градиентными моделями. Основная их особенность в том, что существуетфункционал, называемый функционалом свободной энергии, к-рый в процессеэволюции системы может только убывать, достигая при минимума, соответствующего предельному статич. состоянию. В принципе, числотаких минимумов, отвечающих структурам разл. типа, велико (мультистабильность);в неогранич. средах их может быть и бесконечное множество. В зависимостиот нач. условий реализуется тот или иной статич. аттрактор системы. Так, <напр., для ур-ния Свифта - Хоэнберга

где параметр характеризует величину квадратичной нелинейности (являющейся, в частности, <моделью конвекции Рэлея - Бенара в горизонтальной ячейке больших размеровпри небольших надкритичностях: в этом случае определяет, напр., степень зависимости вязкости от темп-ры), имеется неск. <аттракторов, среди к-рых большой областью притяжения обладает аттрактор, <соответствующий правильной решётке с шестигранными ячейками (абс. минимумфункционала свободной энергии). В процессе формирования этой решётки взависимости от нач. условий наблюдаются «метастабильные» структуры (рис.1).

Рис. 1. Многообразие путей установления регулярной шестигранной решёткив модели (1): а - разные маршруты формирования устойчивой решётки; б -конечное состояние с минимальным значением свободной энергии.

Рис. 2. Распределение поля для центрально-симметричной локализованнойструктуры, возникающей из начального беспорядка (в рамках модели (2).

Помимо подобных структур (типа решёток), для процессов С. характернотакже образование локализованных структур (дефекты, дислокации, частицеподобныеструктуры), к-рые также могут быть описаны в рамках градиентных моделей[5]. Напр., в рамках модели, описываемой ур-нием типа ур-ния (1), но сжёстким возбуждением, существуют частицеподобные локализованные состояния, <такие, как на рис. 2.

Рис. 3. Спиральные волны в двумерном химическом реакторе.

Статич. структуры - это лишь одно из проявлений С. Во мн. эксперим. <ситуациях наблюдается установление: вращающихся структур (напр., спиральныеволны - рис. 3); решёток, периодически меняющих свою симметрию [4]; движущихся, <сливающихся и вновь рождающихся локализованных структур (напр., дислокаций[5]). Подобным нестатич. структурам обычно отвечают аттракторы в виде предельныхциклов или маломерных торов. Среди осн. моделей, описывающих эти процессы, <обобщённое ур-ние Гинзбурга - Ландау:

(здесь и- комплексная физ. переменная, зависящая от пространственныхкоординат и времени, а параметры системы вещественны и неотрицательны;характеризует зависимость частоты осцилляции от их интенсивности,определяет величину диффузии, а - дисперсию пространственную). В рамках этого ур-ния удаётся, вчастности, описывать процесс самозарождения упорядоченных структур в видерешёток, спиралей из начально неупорядоченного состояния [4]. Этот процесспредставляет собой последовательное возникновение элементарных регулярныхвозбуждений разл. масштабов, результат взаимодействия к-рых между собойи есть суть процесса С.

Поскольку системы существенно диссипативны, а образами установившихсядвижений являются простые аттракторы, то действие шумов или внутр. флуктуациинеравновесной среды, как правило, качественно не влияет на процесс С. (конечно, <если эти шумы и флуктуации достаточно малы).

Часто процессы С. противопоставляются процессу турбулизации неравновеснойсреды. В действительности между процессами развития регулярных структури развития турбулентности (пространственно-временного беспорядка)имеется много общего. Прежде всего и для того и для др. процесса наиб. <характерно вовлечение в процесс всё новых возбуждений неравновесной среды. <Только в первом случае (самоорганизация) эти возбуждения синхронизованыдруг с другом, а во втором - наоборот, взаимодействие этих элементарныхвозбуждений рождает случайность (см. Странный аттрактор). Естественно, <что в широкой области параметров неравновесной среды наблюдаются промежуточныесостояния, к-рые нельзя отнести ни к полной С., ни к развитой турбулентности. <Такие состояния обычно называют пространственно-временным хаосом.

Лит.:1) Пригожий И., Н и к о л и с Ж., Биологический порядок, <структура и неустойчивости, «УФН», 1973, т. 109, в. 3, с. 517; 2) ЖаботинскийА. М., Концентрационные автоколебания, М., 1974; 3) X а к е н Г., Синергетика. <Иерархии неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах, пер. <с англ., М., 1985; 4) Нелинейные волны. Динамика и эволюция. Сб. науч. <трудов, под ред. А. В. Гапонова-Грехова, М. И. Рабиновича, М., 1989; 5)Рабинович М. И., С у щ и к М. М., Регулярная и хаотическая динамика структурв течениях жидкости, «УФН», 1990, т. 160, с. 3. В. С. Афраймович, М. <И. Рабинович.

САМООРГАНИЗАЦИЯ

— процессы спонтанного упорядочивания, возникновения пространственных, временных, пространственно-временных или функциональных структур, протекающие в открытых нелинейных системах. Нелинейность означает необратимость и многовариантность эволюции, возможность неожиданных изменений темпа и направления течения процессов, наличие т.н. точек бифуркации, точек ветвления путей эволюции. С. имеет место не только в системах живой природы и человеческом обществе; установлено, что она может происходить и в определенном классе систем неживой природы. Общие закономерности (паттерны) С. сложных систем изучаются синергетикой, выполняющей тем самым синтетическую функцию метадисциплины, соединяющей естествознание и науки о человеке и обществе. Существует ряд подходов в изучении феномена С. сложных систем: синергетическая модель параметров порядка и принципа подчинения Г. Хакена, термодинамические модели неравновесных процессов (теория диссипативных структур) И. Пригожина, модели самоорганизованной критичности (С. на «краю хаоса») П. Бака и сложных адаптивных систем М. Гелл-Манна, модели формирования и эволюции нестационарных структур в режимах с обострением А.А. Самарского и С.П. Курдюмова и др. Синергетическая концепция С. разрабатываемая в синергетике и смежных с ней областях, служит естественно-научной конкретизацией филос. принципа самодвижения материи.

Класс систем, способных к С. — это неравновесные, открытые и нелинейные, диссипативные системы. Тогда как замкнутые выведенные из равновесия системы стремятся вернуться к равновесному состоянию и при этом энтропия (показатель степени хаотичности их поведения) стремится к максимальному значению (второе начало термодинамики), открытые системы, находящиеся в сильно неравновесных условиях, могут совершать переход от беспорядка, теплового хаоса, к порядку. Вдали от равновесия в открытых системах могут спонтанно возникать новые типы структур (Пригожин). Открытость системы означает наличие в ней источников и/или стоков обмена веществом и/или энергией с окружающей средой. В случае самоорганизующихся систем источники и стоки, как правило, имеют место в каждой локальной области этих систем; это — объемные источники и стоки. Нелинейность системы означает, что эволюция этой системы описывается математическими уравнениями, содержащими искомые величины в степенях больших 1 или коэффициенты, зависящие от свойств системы. Множеству решений нелинейного уравнения соответствует множество путей эволюции системы. Благодаря нелинейности имеет силу важнейший принцип «усиления флуктуаций»: в результате разрастания малых изменений на уровне элементов может возникнуть новое макроскопическое состояние системы. Понятие нелинейности приобретает мировоззренческий смысл. Диссипативная система — это такая система, в которой протекают необратимые процессы, вызванные ростом энтропии, превращением механической энергии в тепловую и иные формы (диффузия, теплопроводность, трение, излучение). В далекой от равновесия открытой и нелинейной диссипативной системе эффект может возникать лишь тогда, когда работа объемных источников энергии, наращивающих неоднородности в сплошной среде, интенсивнее фактора, рассеивающего неоднородности, — диссипативного фактора. Парадоксальность самоподдержания структуры, несмотря на размывающий неоднородности фактор, отражается в термине «диссипативная структура» (Пригожин). Структуры С. — это локализованные в среде процессы, имеющие относительно устойчивую пространственно-временную организацию.

Модели процессов С. имея первоначально естественно-научную основу (физика лазеров, физика плазмы, изучение определенных типов химических реакций), ныне плодотворно применяются в разработке новых типов компьютеров, в понимании феномена человека, определенных явлений человеческой культуры и общества, в разгадывании тайн человеческого сознания и психики. Процесс распознавания образцов понимается по аналогии с процессом спонтанного формирования (самодостраивания) структур (Хакен). Механизм интуиции может быть осмыслен как процесс самодостраивания мыслей и образов (Е.Н. Князева, С.П. Курдюмов). Модели нелинейной динамики и С. сложных систем составляют основу современного динамического подхода в когнитивной науке (Ф. Варела, Т. ван Гельдер).

самопроизвольное (не требующее внеш. организующих воздействий) образование упорядоченных пространственных или временных структур в сильно неравновесных открытых системах (физ., хим., биол. и др.). Непрерывные потоки энергии или в-ва, поступающие в систему, поддерживают ее в состоянии, далеком от равновесия. При таких условиях в системе развиваются собственные (внутренние) неустойчивости (области неустойчивого поведения), развитием к-рых является С.

Классич. пример физ. открытой системы с пространственной С.-плоский горизонтальный слой вязкой жидкости, подогреваемый снизу. При относительно малых вертикальных градиентах т-ры в жидкости имеет место режим бесконвективной теплопроводности. Когда градиент т-ры превысит нек-рую критич. величину, в жидкости возникает конвекция. При малых превышениях градиента т-ры над критич. значением конвективные потоки в-ва приобретают упорядоченность: при наблюдении сверху они имеют вид валиков или шестиугольных ячеек (ячейки Бенара).

Генерация лазерного излучения считается примером временной С. Лазер непрерывного действия-сильно неравновесная открытая система, образованная возбужденными частицами (атомами, молекулами) и модами электромагн. поля в резонаторе. Неравновесность этой системы поддерживается непрерывным притоком энергии от внеш. некогерентного источника (накачкой). При малых интенсивностях накачки излучение системы состоит из не сфазированных между собой цугов волн. С повышением интенсивности накачки вплоть до нек-рой пороговой величины излучение системы становится когерентным, т. е. представляет собой непрерывный волновой цуг, в к-ром фазы волн жестко скор-релированы на макроскопич. расстояниях от излучателя. Этот переход к генерации когерентных колебаний можно интерпретировать как С.

Примером С. в химии служит существование неск. устойчивых состояний в гомог. системах с хим. р-циями и диффузией реагентов. Этим состояниям соответствуют неоднородные пространств. распределения концентраций реагентов, наз. диссипативными структурами. В ответ на сколь угодно малое возмущение параметров система может переходить из одного состояния в другое, что наблюдается в виде волн (пространственно-временная структура; см. Колебательные реакции). Как показал М. Тьюринг (1952), в системе с двумя реагентами может появиться синусоидальная волна. Пространственно-временные структуры типичны для Белоусова - Жаботинского реакции, газофазного горения, ряда р-ций гетерог. каталитич. окисления, ферментативного катализа.

В космологии результатом С. можно считать образование спиральных галактик, в экологии-организацию сообществ, в биологии - явления морфогенеза. Поскольку упомянутые явления имеют общую феноменологию, они рассматриваются в рамках единых представлений. Возникшее новое междисциплинарное направление получило впоследствии назв. синергетики (Г. Хакен, 1985). Развитию представлений о С. в биологии способствовали работы П. Гленс-дорфа и И. Пригожина (1973). Существует, однако, мнение, что сложная внутр. организация клетки и организма м. б. понята без представлений о диссипативных структурах, в рамках иерархич. термодинамики (см. Термодинамика иерархических систем).

С. в неравновесных системах принципиально отличается от явлений упорядочения при фазовых переходах в равновесных системах, где порядок возрастает с понижением т-ры: жидкость кристаллизуется, спины атомов ориентируются, образуя упорядоченную структуру, свойственную ферромагнетикам; в нек-рых металлах может осуществляться переход к когерентному квантовому состоянию, характерному для сверхпроводников. Общим для обоих процессов образования порядка в системе является понижение симметрии по отношению к трансляциям в пространстве или во времени.

С. связана с турбулентностью. В упоминаемом выше примере с образованием в жидкости ячеек Бенара при высоких градиентах т-ры система переходит в состояние с турбулентным режимом течения. Переход к турбулентности (т. е. к хаотич. режиму) может занимать нек-рый интервал значений параметров, характеризующих степень внеш. воздействия на систему, и происходить путем по-следоват. усложнения регулярных (когерентных) структур, т. е. в условиях С. Критерием отличия регулярного пространственно-временного режима поведения системы от хаотического служит устойчивость структуры к малым возмущениям начальных условий: если такая устойчивость имеет место, структуру можно считать регулярной независимо от. степени ее сложности.

На С. в неравновесной открытой системе могут влиять флуктуации параметров состояния как самой системы, так и окружающей среды. В свою очередь, сама С. оказывает влияние на амплитуду и длительность флуктуации.

Лит.: Эйген М., Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул, пер. с англ., М., 1973; Николис Г., Пригожин И., Самоорганизация в неравновесных структурах, пер. с англ., М., 1979; Эбелинг В., Образование структур при необратимых процессах, пер. с англ., М., 1979; Хакен Г., Синергетика, пер. с англ., М., 1980; Полак Л. С., Михайлов А. С., Самоорганизация в неравновесных физико-химических системах, М., 1983; Васнецова А. Л., Гладышев Г. П., Экологическая биофизическая химия, М., 1989. А. А. Овсянников.

САМООРГАНИЗА́ЦИЯ -и; ж. Книжн. Упорядочение каких-л. элементов, обусловленное внутренними причинами, без воздействия извне. С. живой системы. Принципы самоорганизации материи.

* * *

целенаправленный процесс, в ходе которого создаётся, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы. Свойства самоорганизации обнаруживают объекты различной природы: клетка, организм, биологическая популяция, биогеоценоз, человеческий коллектив. Термин «самоорганизующаяся система» ввёл английский кибернетик У. Р. Эшби (W. R. Ashby, 1947).

* * *

САМООРГАНИЗА́ЦИЯ, целенаправленный процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы(см. СИСТЕМА (целостность единства)). Свойства самоорганизации обнаруживают объекты различной природы: клетка(см. КЛЕТКА), организм(см. ОРГАНИЗМ), биологическая популяция(см. ПОПУЛЯЦИЯ), биогеоценоз(см. БИОГЕОЦЕНОЗ), человеческий коллектив(см. КОЛЛЕКТИВ). Термин «самоорганизующаяся система» ввел английский кибернетик У. Р. Эшби (W.R. Ashby, 1947).

процесс взаимодействия объектов, в результате которого возникает, воспроизводится или совершенствуется порядок или структура в системе. Свойства самоорганизации обнаружены в системах различной природы: в клетке, организме, популяции, биогеоценозе и т. д. Вопросы самоорганизации рассматриваются в синергетике Хакена, теории диссипативных структур Пригожина, в кибернетике. Термин «самоорганизующаяся система» введен английским психиатром и кибернетиком Уильямом Эшби в 1947 году.

Термин

самоорганизация

целенаправленный процесс, в ходе к-рого создаётся, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамич. системы. Свойства С. обнаруживают объекты разл. природы: клетка, организм, биол. популяция, биогеоценоз, человеческий коллектив. Термин "самоорганизующаяся система" ввёл У. Р. Эшби (1947).