Войти
Самоорганизация в кубиках Nb 3O7(OH) микронного размера во время гидротермальная обработка при 200 ° C. Первоначально аморфные кубы постепенно превращаются в упорядоченные трехмерные ячейки кристаллических нанопроволок, как показано в модели ниже. Самоорганизация, также называемая (в социальном Sciences ) спонтанный порядок, это процесс, в котором некоторая форма общего порядка возникает в результате локальных взаимодействий между частями изначально неупорядоченной системы. При наличии достаточной энергии процесс может быть самопроизвольным, не требуя контроля со стороны какого-либо внешнего агента. Он часто вызывается кажущимися случайными колебаниями, усиленными положительной обратной связью. Полученная организация полностью децентрализована, распределена по всем компонентам системы. Таким образом, организация обычно устойчива и способна выдержать или самостоятельно устранить значительные нарушения. Теория хаоса обсуждает самоорганизацию в терминах островов предсказуемости в море хаотической непредсказуемости.
Самоорганизация встречается во многих физических, химических, биологических, роботизированных и когнитивных систем. Примеры самоорганизации включают кристаллизацию, тепловую конвекцию жидкостей, химические колебания, роение животных, нейронные цепи.
Самоорганизация реализуется в физике неравновесных процессов и в химических реакциях, где это часто описывается как самосборка. Эта концепция оказалась полезной в биологии, от молекулярного до экосистемного уровня. Приведенные примеры самоорганизующегося поведения также встречаются в литературе по многим другим дисциплинам, как в естественных науках, так и в социальных науках, таких как экономика или антропология. Самоорганизация также наблюдалась в математических системах, таких как клеточные автоматы. Самоорганизация является примером связанной концепции возникновения.
Самоорганизация опирается на четыре основных ингредиента:
Кибернетик Уильям Росс Эшби сформулировал первоначальный принцип самоорганизации в 1947 году. В нем говорится, что любая детерминированная динамическая система автоматически эволюционирует в сторону состояния равновесия, которое можно описать с помощью аттрактор в бассейне окружающих состояний. Оказавшись там, дальнейшее развитие системы ограничивается аттрактором. Это ограничение подразумевает форму взаимной зависимости или координации между составляющими его компонентами или подсистемами. С точки зрения Эшби, каждая подсистема адаптировалась к среде, образованной всеми другими подсистемами.
Кибернетик Хайнц фон Ферстер сформулировал принцип «заказать из noise "в 1960 году. В нем отмечается, что самоорганизации способствуют случайные возмущения (" шум "), которые позволяют системе исследовать множество состояний в своем пространстве состояний. Это увеличивает вероятность того, что система попадет в область «сильного» или «глубокого» аттрактора, откуда она затем быстро перейдет в сам аттрактор. Биофизик Анри Атлан разработал эту концепцию, предложив принцип «сложность от шума» (французский : le principe de complexité par le bruit) впервые в 1972 г. книгу L'organisation biologique et la théorie de l'information, а затем в книге 1979 г. Entre le cristal et la fumée. Термодинамик Илья Пригожин сформулировал аналогичный принцип как «порядок через колебания» или «порядок из хаоса». Он применяется в методе имитации отжига для решения задач и машинного обучения.
Идея, что динамика Система может привести к увеличению ее организации уже давно. Древние атомисты, такие как Демокрит и Лукреций, считали, что для создания порядка в природе нет необходимости в конструктивном разуме, утверждая, что при достаточном количестве времени, пространства и материи порядок возникает сам по себе.
Философ Рене Декарт гипотетически представляет самоорганизацию в пятой части своего «Рассуждения о методе 1637 года». Он развил эту идею в своей неопубликованной работе Мир.
Иммануил Кант использовал термин «самоорганизация» в своей 1790 Критике суждения, где он утверждал, что телеология имеет смысл только в том случае, если существует такая сущность, части или «органы» которой одновременно являются целями и средствами. Такая система органов должна быть способна вести себя так, как будто у нее есть собственный разум, то есть она способна управлять собой.
В таком природном продукте, как этот, каждая часть считается обязанной своим присутствием деятельность всех остальных частей, а также существующая ради других и целого, то есть как инструмент или орган... Часть должна быть органом, производящим другие части, каждая из которых, следовательно, взаимно производит другие... Только при этих условиях и на этих условиях такой продукт может быть организованным и самоорганизованным существом и, как таковой, называться физической целью.
Сади Карно (1796–1832) и Рудольф Клаузиус (1822–1888) открыл второй закон термодинамики в 19 веке. В нем говорится, что общая энтропия, иногда понимаемая как беспорядок, всегда будет увеличиваться со временем в изолированной системе. Это означает, что система не может спонтанно увеличивать свой порядок без внешних взаимосвязей, которые уменьшают порядок в других частях системы (например, за счет потребления энергии батареи с низкой энтропией и рассеивания тепла с высокой энтропией).
18 век мыслители стремились понять «универсальные законы формы», чтобы объяснить наблюдаемые формы живых организмов. Эта идея стала ассоциироваться с ламаркизмом и приобрела дурную славу до начала 20 века, когда Д'Арси Вентворт Томпсон (1860–1948) попытался возродить ее.
Психиатр и инженер В. Росс Эшби ввел термин «самоорганизация» в современную науку в 1947 году. Его подхватили кибернетики Хайнц фон Ферстер, Гордон Паск, Стаффорд Бир ; и фон Ферстер организовали конференцию по "Принципам самоорганизации" в Аллертон-парке Иллинойского университета в июне 1960 года, в результате которой была проведена серия конференций по самоорганизующимся системам. Норберт Винер принял участие идея во втором издании его «Кибернетика: или Контроль и коммуникация у животных и машин» (1961).
Самоорганизация была связана с общей теорией систем в 1960-х годах, но не стала обычным явлением в научной литературе до тех пор, пока физики Герман Хакен и др. и исследователи сложных систем заимствовали его в более широкой картине из космологии Эрих Янч, химии с диссипативной системой, биологии и социологии как аутопоэзис для системное мышление в последующие 1980-е (Институт Санта-Фе ) и 1990-е годы (сложная адаптивная система ), вплоть до наших дней с революционными новыми технологиями основанный на ризоматической сетевой теории.
Примерно в 2008-2009 годах начала формироваться концепция управляемой самоорганизации. Этот подход направлен на регулирование самоорганизации для определенных целей, чтобы динамическая система могла достигать определенных аттракторов или результатов. Регламент ограничивает самоорганизующийся процесс в сложной системе, ограничивая локальные взаимодействия между компонентами системы, а не следуя явному механизму управления или глобальному плану проектирования. Желаемые результаты, такие как увеличение итоговой внутренней структуры и / или функциональности, достигаются путем объединения не зависящих от задач глобальных целей с зависящими от задач ограничениями на локальные взаимодействия.
Конвекционные ячейки в гравитационном поле Многие самоорганизующиеся явления в физике включают фазовые переходы и спонтанное нарушение симметрии, например спонтанное намагничивание и рост кристаллов в классической физике, а также лазер, сверхпроводимость и Bose– Конденсация Эйнштейна в квантовой физике. Он обнаружен в самоорганизованной критичности, в динамических системах, в трибологии, в системах спиновой пены и в петле. квантовая гравитация, речные бассейны и дельты, при затвердевании дендритов (снежинки) и турбулентной структуре.
Структура ДНК, схематически показанная слева, самособирается в структуру справа. Самоорганизация в химии включает молекулярную самосборку, реакцию-диффузию системы и колебательные реакции, автокаталитические сетки, жидкие кристаллы, сеточные комплексы, коллоидные кристаллы, самоорганизующиеся монослои, мицеллы, микрофазовое разделение блок-сополимеров и пленки Ленгмюра – Блоджетт.
Птицы стайками, пример самоорганизации в биологии Самоорганизация Организация в биологии может наблюдаться в спонтанном сворачивании белков и других биомакромолекул, в форме образование липидных бислойных мембран, формирование паттернов и морфогенез в биологии развития, координация движений человека, социальное поведение в насекомых (пчелы, муравьи, термиты ) и млекопитающих и стайками поведения птиц и рыб.
биолог-математик Стюарт Кауфман и другие структуралисты предположили, что самоорганизация может играть роль наряду с естественным отбором в трех областях эволюционной биологии, а именно популяционной динамике, молекулярной эволюции и морфогенезе. Однако это не принимает во внимание существенную роль энергии в управлении биохимическими реакциями в клетках. Системы реакций в любой ячейке являются самокатализирующимися, но не просто самоорганизующимися, поскольку они являются термодинамически открытыми системами, полагающимися на постоянный подвод энергии. Самоорганизация не является альтернативой естественному отбору, но она ограничивает возможности эволюции и обеспечивает такие механизмы, как самосборка мембран, которую затем использует эволюция.
Явления от математика и информатика, например клеточные автоматы, случайные графы и некоторые примеры эволюционных вычислений и искусственная жизнь проявляет черты самоорганизации. В робототехнике самоорганизация используется для создания эмерджентного поведения. В частности, теория случайных графов использовалась в качестве обоснования самоорганизации как общего принципа сложных систем. В области многоагентных систем понимание того, как создавать системы, способные демонстрировать самоорганизованное поведение, является активной областью исследований. Алгоритмы оптимизации можно рассматривать как самоорганизующиеся, потому что они стремятся найти оптимальное решение проблемы. Если решение рассматривается как состояние итерационной системы, оптимальным решением является выбранная конвергентная структура системы. Самоорганизующиеся сети включают сети малого мира и безмасштабные сети. Они возникают в результате взаимодействия снизу вверх, в отличие от иерархических сетей сверху вниз внутри организаций, которые не самоорганизуются. Утверждается, что системы облачных вычислений являются самоорганизующимися по своей природе, но, хотя они и обладают некоторой автономией, они не являются самоуправляемыми, поскольку не имеют цели снизить свою собственную сложность.
Норберт Винер рассматривал автоматическую серийную идентификацию черного ящика и его последующее воспроизведение как самоорганизацию в кибернетике. Важность фазовой синхронизации или «притяжения частот», как он это называл, обсуждается во 2-м издании его Кибернетика: или управление и коммуникация у животных и машин К. Эрик Дрекслер рассматривает самовоспроизведение как ключевой шаг в nano и универсальной сборке. Напротив, четыре одновременно подключенных гальванометра мощностью Вт. Росс Эшби гомеостат ищет, когда его возмущают, чтобы сойтись в одном из многих возможных стабильных состояний. Эшби использовал свою меру подсчета состояний разновидности для описания стабильных состояний и создал теорему «Хороший регулятор », которая требует внутренних моделей для самоорганизованной выносливости и стабильности ( например, критерий устойчивости Найквиста ). Уоррен Маккалок предложил «избыточность потенциального управления» как характеристику организации мозга и нервной системы человека и необходимое условие для самоорганизации. Хайнц фон Ферстер предложил избыточность, R = 1 - H / H max, где H - энтропия. По сути, это означает, что неиспользованная потенциальная пропускная способность связи является мерой самоорганизации.
В 1970-е годы Стаффорд Бир считал самоорганизацию необходимой для автономии в устойчивых и живых системах. Он применил свою модель жизнеспособной системы к управлению. Он состоит из пяти частей: мониторинг выполнения процессов выживания (1), управление ими путем рекурсивного применения регулирования (2), гомеостатический оперативный контроль (3) и разработка (4), которые обеспечивают поддержание идентичность (5) при возмущении окружающей среды. Приоритет внимания уделяется предупреждающей обратной связи «альгедонической петли»: чувствительность как к боли, так и к удовольствию, вызванному недостаточной или избыточной производительностью по сравнению со стандартными возможностями.
В 1990-е годы Гордон Паск утверждал, что H и Hmax фон Ферстера не являются независимыми, но взаимодействуют посредством счетно бесконечных рекурсивных параллельных процессов spin, которые он назвал концепциями. Его строгое определение понятия «процедура установления отношения» позволило его теореме «Подобные понятия отталкивать, в отличие от понятий притягивать» сформулировать общий принцип самоорганизации, основанный на спине. Его указ, принцип исключения: «Не существует двойников » означает, что никакие два понятия не могут быть одинаковыми. По прошествии достаточного времени все концепции притягиваются и сливаются в розовый шум. Теория применима ко всем организационно закрытым или гомеостатическим процессам, которые производят устойчивые и согласованные продукты, которые развиваются, учатся и адаптируются.
Социальная самоорганизация на международных маршрутах распространения наркотиков Самоорганизующееся поведение социальных животных и самоорганизация простых математических структур предполагают, что в человеческом обществе следует ожидать самоорганизации. Контрольными признаками самоорганизации обычно являются статистические свойства, общие с самоорганизующимися физическими системами. Примеры, такие как критическая масса, стадное поведение, групповое мышление и другие, изобилуют в социологии, экономике, поведенческие финансы и антропология.
В социальной теории концепция самореферентности была введена как социологическое приложение теории самоорганизации Никласом Луманом (1984). Для Луманна элементы социальной системы - это самопроизводительные коммуникации, то есть коммуникация порождает дальнейшие коммуникации, и, следовательно, социальная система может воспроизводить себя, пока существует динамическая коммуникация. Для Luhmann люди являются датчиками окружающей среды системы. Луман разработал эволюционную теорию общества и его подсистем, используя функциональный анализ и теорию систем.
В экономике рыночная экономика иногда считается самоорганизующейся. Пол Кругман писал о роли, которую рыночная самоорганизация играет в бизнес-цикле в своей книге «Самоорганизующаяся экономика». Фридрих Хайек ввел термин каталлактика описать «самоорганизующуюся систему добровольного сотрудничества» применительно к спонтанному порядку свободной рыночной экономики. Экономисты-неоклассики считают, что навязывание централизованного планирования обычно делает самоорганизованную экономическую систему менее эффективной. С другой стороны, экономисты считают, что провалы рынка настолько значительны, что самоорганизация дает плохие результаты и что государство должно управлять производством и ценообразованием. Большинство экономистов занимают промежуточную позицию и рекомендуют сочетание характеристик рыночной экономики и командной экономики (иногда называемой смешанной экономикой ). Применительно к экономике концепция самоорганизации может быстро стать идеологически насыщенной.
Предоставление другим возможности «научиться учиться» часто означает обучение их тому, как подчиняться к обучению. Самоорганизованное обучение (S.O.L.) отрицает, что «эксперт знает лучше» или что когда-либо существует «единственный лучший метод», настаивая вместо этого на «построении личностно значимого, релевантного и жизнеспособного значения», которое должно быть проверено учеником на опыте. Это может быть совместным и более полезным лично. Это рассматривается как процесс на протяжении всей жизни, не ограниченный конкретной учебной средой (дома, в школе, университете) или под контролем властей, таких как родители и профессора. Его необходимо тестировать и периодически пересматривать на личном опыте учащегося. Это не должно быть ограничено ни сознанием, ни языком. Фритьоф Капра утверждал, что это плохо осознается в психологии и образовании. Это может быть связано с кибернетикой, поскольку включает контур управления с отрицательной обратной связью, или с теорией систем. Это может быть обучающая беседа или диалог между учащимися или в пределах одного человека.
Самоорганизующееся поведение водителей в транспортном потоке определяет почти все пространственно-временные характеристики трафика, такие как нарушение трафика в узких местах шоссе, пропускная способность шоссе и появление движущихся пробок. В 1996–2002 годах эти сложные эффекты самоорганизации были объяснены Борисом Кернером теорией трехфазного движения.
Порядок появляется спонтанно в эволюция языка как индивидуальное и популяционное поведение взаимодействует с биологической эволюцией.
Самоорганизованное распределение финансирования (SOFA ) - это метод распределения финансирование научных исследований. В этой системе каждому исследователю выделяется равная сумма финансирования, и он обязан анонимно выделить часть своих средств на исследования других. Сторонники SOFA утверждают, что это приведет к распределению финансирования, аналогичному существующей системе грантов, но с меньшими накладными расходами. В 2016 году пилот-испытатель SOFA начал работать в Нидерландах.
Хайнц Пагелс в обзоре Илья Пригожин и Изабель Стенгерс <84 за 1985 год. Книга>Order Out of Chaos in Physics Today апеллирует к авторитетным источникам:
Большинство ученых согласятся с критическим взглядом, выраженным биофизиком Л.А. Блюменфельдом в книге «Проблемы биологической физики» (Springer Verlag, 1981)., когда он писал: «Значимое макроскопическое упорядочение биологической структуры не возникает из-за увеличения определенных параметров или системы выше их критических значений. Эти структуры построены в соответствии с программными сложными архитектурными структурами, значимая информация создается в течение многих используются миллиарды лет химической и биологической эволюции ». Жизнь - это следствие микроскопической, а не макроскопической организации.
Конечно, Блюменфельд не отвечает на дальнейший вопрос о том, как вообще возникают эти программные структуры. Его объяснение ведет прямо к бесконечному регрессу.
Короче говоря, они [Пригожин и Стенгерс] утверждают, что необратимость времени не происходит из не зависящего от времени микромира, но сама по себе фундаментальна. Достоинство их идеи в том, что она разрешает то, что они воспринимают как «столкновение доктрин» о природе времени в физике. Большинство физиков согласятся, что нет ни эмпирических данных, подтверждающих их точку зрения, ни математической необходимости в этом. Нет никакого «столкновения доктрин». Только Пригожин и несколько его коллег придерживаются этих предположений, которые, несмотря на их усилия, продолжают жить в сумеречной зоне научной достоверности.
В теологии, Фома Аквинский ( 1225–1274) в своей «Summa Theologica» предполагает телеологическую сотворенную вселенную, отвергая идею о том, что что-то может быть самодостаточной причиной своей собственной организации:
Поскольку природа работает для определенной цели под руководством более высокого агента, что бы то ни было то, что сделано по природе, необходимо проследить до Бога, как до его первопричины. Так и все, что делается добровольно, также должно быть связано с какой-то более высокой причиной, отличной от человеческого разума или воли, поскольку они могут измениться или потерпеть неудачу; поскольку все изменчивые и подверженные дефектам вещи должны быть прослежены до недвижимого и самоуверенного первого принципа, как показано в основной части статьи.
Мы уже видели достаточно доказательств того, что, возможно, является самым впечатляющим общим свойством СА, а именно их способность к самоорганизации
Ада Палмер исследует, как читатели эпохи Возрождения, такие как Макиавелли, Помпонио Лето и Монтень, на самом деле поглощали и распространяли Лукреция... и показывает, как идеи эмерджентного порядка и естественного отбора, столь важные для нашего нынешнего мышления, укоренились в Интеллектуальный ландшафт Европы до семнадцатого века.
