Синергетика – междисциплинарный научный подход, объясняющий возможность самоорганизации сложных систем и их эволюции. Важная часть современной методологии науки!

Авторы: Герман Хакен – немецкий физик, и Илья Пригожин – бельгийский физик и химик (русского происхождения), Нобелевский лауреат по химии.

Свой вклад в развитие концептуального определения системологии внесла синергетика, изучающая самоорганизацию систем, путём установления эффектов организации и синергии при системогенезе.

До появления синергетики в мире господствовал второй закон термодинамики.

В соответствии с этим законом эволюционирование Вселенной сопровождалось ростом энтропии, выравниванием всех градиентов и потенциалов. Мир стремился к состоянию однородного хаоса, который был назван «тепловой смертью». Из уныния от такой перспективы человечество вывела синергетика – наука о самоорганизации и кооперации в природных явлениях.

В основе синергетики лежали наблюдения над некоторыми физическими и химическими процессами. Поведение системы в таких процессах становится нелинейным и неустойчивым, в результате чего система попадает в точку, названной точкой бифуркации, где возникает множество путей развития. Однако среди этих путей есть один (или узкий коридор), который отличается значительной устойчивостью. Этот коридор назван аттрактором, и приводит систему в новое устойчивое состояние. Это классическая картина описания синергетического процесса.

Существенным для синергетики стало то, что в процессе перехода из одного устойчивого состояния в другое в открытых системах происходит не рост, а понижение энтропии и отмечается образование новых структур.

Это наблюдение позволило сделать выводы о том, что именно синергетичекие процессы лежат в основе морфогенеза – появления новых форм материи. При этом авторы считали, что непременными условиями таких процессов являются обмен с окружающей средой, случайная природа внешних или внутренних воздействий, а также неустойчивость, нелинейность и необратимость.

Самоорганизация присуща всем материальным системам на всех уровнях, но чем сложнее система изначально – тем на более высшую ступень самоорганизации она может выступить.

Основа синергетики (необходимые условия для самоорганизации систем):

- открытость системы – ее существование и взаимодействие с другими системами!

- наличие структуры – чем сложнее, тем лучше идет усложнение.

- неравновесность состояния – необходимость изменений и воздействий!

- нелинейность движения системы (описывается нелинейными уравнениями, и предполагает возможность существования более одного устойчивого состояния системы, т.е. разные варианты развития системы).

В закрытых системах достигается равновесность состояния за счет увеличения энтропии согласно второму закону термодинамики и утрата структуры (термодинамическая смерть Вселенной!).

При флюктуации (внешнем или внутреннем воздействии) возникают так называемые диссипативные (неравновесные) структуры – элементы системы получают общий импульс и согласованность (пример: турбулентность). Это приводит к структурогенезу и самоорганизации (пример: социально-экономические образования, поляризация ландшафта, возникновение демэкономического и природного каркаса территории и т.д.).

Таким образом, синергетика отвергла притязания термодинамики на универсальность.

Как происходит развитие и самоорганизация во времени?

Изначальное состояние системы+флюктуация – точка бифуркации (выбор состояния) – достижения аттрактора.

Бифуркация – точка разветвления путей эволюции открытой нелинейной системы!

Нелинейность (все природные и географические системы нелинейны!) приводит к:

- множеству возможных состояний системы (более одного устойчивого!);

- невозможности точно предсказать развитие системы (в близкой перспективе более и менее да, в отдаленной нет – пример прогноз погоды).

- неравномерность структуры и распределения в ней энергии.

Примеры самоорганизации в географии: образование облаков, циклонов и тайфунов, превращение оврага в балку, развитие форм рельефа и т.д.

Пример самоорганизации на рельефе: пространственно-временные отношения в концепции самоорганизации рельефа.

Характер взаимодействий в географической оболочке Земли (как открытой нелинейной системы):

содержательная часть – перенос вещества и энергии;

формальная часть – пространственно-временные отношения и передача информации.

пространство в естественных науках – как внешняя форма существования объектов!

время – длительность и последовательность событий и процессов, происходящих в системе.

и пространство, и время имеют прямое отношение к синергетике и самоорганизации рельефа.

Рельеф, с точки зрения синергетики – результат самоорганизации одной из поверхностей раздела на контактах тел разной плотности: первоначальные – воздух-литосфера и вода-литосфера, затем присоединились по мере усложнения и самоорганизации другие: растительный покров (фитогенный рельеф), человек (антропогенный и урбанизированный и т.д.) и др.

Пространство Рельефа различно на разных уровнях рассмотрения системы:

- планетарный рельеф находится в сферическом пространстве (как оболочка Земли);

- региональный рельеф – двумерное пространство – рассматривается сочетание (мозаика) форм, типов рельефа, геоморфологических районов, провинций и т.д. Именно здесь карта выступает как наиболее объективное отражение рельефа уровня – важно размещение элементов системы друг к другу в горизонтальной плоскости (топология или композиция);

- локальный рельеф – трехмерное декартово пространство (+ время) – важна высота! – появляется явление анизотропности (по действием гравитационных сил) – использование локальных системы координат (пример: удаленность от гребня водораздела и т.д.).

Понятие расстояние в географии является связующим между пространством и временем.

Закономерности ландшафтного уровня как системы:

- эргодичность – возможность выделения временных фаз развития;

- пространственная некоммутативность – анизотропность пространства – нельзя поменять в пространстве элементы ландшафта, т.к. это приведет к возникновению другой геоморфоструктуры (А+Б ≠ Б+А), либо вообще запрещена (пример: нельзя поменять местами верхнюю и среднюю части долины реки!).

- временная некоммутативность – невозможность обратить время в обратную сторону.

Таким образом, Рельеф может рассматриваться как некая информационная матрица развития в природе – задает и управляет потоками вещества и энергии, свойствами и распределением рыхлых горных пород, почвенно-растительного покрова и т.д. При этом и сам подвергается изменениям от других систем, например от растений.

Выбор темы исследования

Выбор темы исследования зависит от научной проблемы и глубины развития предметной области дисциплины!

Научная проблема – это совокупность сложных теоретических и (или) практических задач; совокупность тем научно-исследовательской работы. Проблема может быть отраслевой, межотраслевой, глобальной. К примеру, проблема борьбы с эпидемией ВИЧ-инфекции является не только межотраслевой, но и глобальной, поскольку затрагивает интересы мирового сообщества.

Научная тема – это сложный, требующий решения вопрос, вынесенный в цель работы. Темы могут быть теоретическими, практическими и смешанными.

Теоретические темы разрабатываются преимущественно с использованием литературных источников. Примеры таких тем – история туризма, этика в науке, глобальные климатические процессы и курортология.

Практические темы разрабатываются на основе изучения, обобщения и анализа производственной и лабораторно-исследовательской практики. Например, такими темами являются: туристские ресурсы заданной территории, логистика туристических потоков и перевозок конкретной территории, ведение отельного бизнеса.

Смешанные темы сочетают в себе теоретический и практический аспекты исследования. 

Тема научно-исследовательской работы, в свою очередь, может охватывать некоторый круг вопросов.

Под научным вопросом понимается мелкая задача, относящаяся к определенной теме.

Считается, что правильный выбор темы работы наполовину обеспечивает успешное ее выполнение.

Успех научного исследования в значительной степени зависит от того, насколько правильно, взвешенно избран тему.