Самоорганизация

Под термина самоорганизация - в най-общ смисъл се разбира самоструктуриранe, саморазвитие, самодетерминация на природни, естественни системи и процеси.

Концепцията за самоорганизацията е последната универсална теория, която занимава човечеството. Процесите на самоорганизация се наблюдават не само в еволюцията на живите системи, но и в еволюции от глобален характер, започвайки от възникването на елементарните частици, атомите и молекулите и завършвайки с образуването на гигантските космически системи и галактики, от една страна и от друга страна - от едноклетъчните организми до най-сложната жива система - мозъка.

История

Хипотеза за подреждане в системата за сметка на вътрешната динамика, изкава философът Р. Декарт в пета част на „Разсъждения за метода”. По-късно той подробно разработва тази идея в така и не публикуваната му книга „Le Monde”.

И. Кант издига небуларна хипотеза, съгласно която планетите са се образували от мъгли за сметка на привличането и отблъскването, вътрешно присъщи за материята[1].

Необходимо е да отбележим, че представите за спонтанното възникване на порядъка и самоорганизацията са нетъждествени. Атомизмът на Демокри и статистиката на Болцман разглеждат възникването на порядъка като случайност, при това категорията на порядъка се явява субективна.

През 1947 терминът се появил в научните публикации на Уилям Ашби[2]. 1960 терминът се използва в теорията на ситемите,а 1970-1980 започва да се иозползва във физиката на сложните системи.

Файл:Haken.JPG

Г. Хакен основател на синергетиката.

Г. Хакен е оснавател на синергетиката и я определил, като наука на самоорганизацията. До 21 век синергетиката е била монополист при описанието на процеса на самоорганизацията. Във връзка със сътрудничеството, с представителите на естествените науки в областа на нанотехнологиите, се е изяснило, че термина самоорганизация в областта на супрамолекулярната химия и еволюцията на биологията, е определен като друг образ или друг феномен, различен от синергетиката. Освен това определението дадено в рамките на синергетиката, благодарение на неспециализация на тази наука, се е разпръснало по различни науки и е станало неточно.

Дисипативна самоорганизация (синергетически подход)

Определението дадено от Г. Хакен през 80-та година в рамките на синергетиката е: „самоорганизация – процес на подреждане (пространствено, временно или пространствено-временно) в отворена система, за сметка на съгласуване на взаимодействието на многото съставящи я елементи”.

Характеристика на системата:

• отворена ( наличие на обмяна на енергия/ веществото със заобекаляща среда);
• съдържа неограничено голям брой елементи (подсистеми);
• стационарно устойчив режим на системата, в който елементите взаимодействат хаотически (некохерентно).

Характеристики на процеса:

• Интензивен обмен на енергия/вещество със заобикалящата среда, при това съвършено хаотически без да предизвиква подреденост в ситемата.
• Макроскопическото поведение на системата се описва от няколко величини – параметрите на порядъка и управляващите параметри (изчезва информационната претовареност на системата).
• наличие на някакво критично значение на управляващия параметър (свързано с постъпление на енергия/ вещество), при което системата спонтанно преминава в ново подредено състояние ( преход към силно неравновесие) ;
• Ново състояние обоснавано от съгласуваното (кохерентното) поведение на елементите на ситемата, като ефекта на подредбата се намира само на макроскопоческо равнище;
• Новото състояние съществува само при безпирен поток на енергия/ вещество в ситемата. При увеличение интензитета на обмен, системата преминава през ред последващи критически преходи; в резулат структурата се ослоява до възникване на турбулентен хаос.

За еднозначно определение на термина, неговата връзка с характеристиките на ситемите и процеса, като правило се позававаме на един от трита стандартни примера на самоорганизация:

• Лазер – пространствен порядък;
• Клетка Реле – Бенар - пространствен порядък;
• Реакция Белоусов –Жаботински – пространсвено временен порядък;

Реакция Белоусов –Жаботински.

Нобеловският лоуреат Илия Пригожин е създал нелинеен модел на реакцията на Белоусов – Жаботински, т.нар. брюселато. Тъй като при възникване на подредба в такива системи е необходим приток на енергия или изтичане на ентропия, нейната дисипация, Пригожин е назовал тези системи дисипативни. В следствие на нелинеиността и наличие на повече от едно устойчиво състояние в тези системи, в тях не се изпълнява вторият принцип на термодинамиката, нито теоремета на Пригожин за минимална скорост на производство на ентропии.

По анолагия, описана самоорганизирана система с фазов преход дисипативна самоорганизация е получила името фазов преход в неуравновесена система.

Методът на синергетиката е бил използван практически във всички научни дисциплини: от физика и химия до социология и филология. Градообразуването и неиронните мрежи са описани като дисапативни структури. В последно време практически е изчезнало използването на първоначално необходимите математически нелинейни уравнения. Това е довело, до това че всяка система с естествен произход, която не принадлежи в компетенциите на равновесната термодинамика, се разглежда като самоорганизация.

Консервативна самоорганизация (супрамолекулярна химия и фазови преходи)

Жан-Мари Лен основател на супрамолекулярната химия.

1987 друг нобеловски лоуреат Жан-Мари Лен – основател на супрамолекулярната химия, е въвел термина „самоорганизация” и „самоизграждане”, в следствие на необходимостта от описване на явлението - подреденост в ситемата на високомолекулярните съеднинения при равновесни условия, в часност обрзуване на [ДНК]. Изучаването на веществото в наносъстояние, обрзуването на сложна структура в процеса на кристализация без външно въздействие, е поредило необходимост от описаниие на тези явления като саморганзации. Но за разлика от синергетическия подход, тези явления произтичат в условия близки до термодинамическото равновесие По този начин равновесието във фазовия преход, като кристализацията, също са се оказали процеси на самоорганизация. За отстранение на безпорядъка, феномена на подредбата в равновесни условия, често го определят като консервативна самоорганизация.

Континентална самоорганизация (концепция на еволюционната катализация)

Концепцията на еволюционния катализ, разработена от Руденко, се явява алтернатива на концепцията самоорганизация в биологическите системи. В отличие от кохерентната самоорганизация, в дисципативната система с голямо число елементи ( макросистеми), се разглежда континентална самоорганизация за индивидуални ( микро) системи. В рамките на дадения подход се определя, че самоорганизацията, като саморазвитие на системата, произхожда за сметка на вътрешна полезна работа против равновесието. Прогресивната еволюция с естествен подбор е въсможна само като саморазвитие на континентална самоорганизация от индивидуални системи.

Източници

1. Кант И. , Всеобщая естественная история и теория неба.
2. Ashby W. R. Principles of the Self-Organizing Dynamic System // Journal of General Psychology. — v. 37. — p. 125—128.

Външни препратки

1. Реакцията Белоусов –Жаботински
2. Видове системи
3. Синергетика
4. Супрамолекулярна химия