Кершенгольц Б.М., Чернобровкина Т.В., Шеин А.А., Хлебный Е.С., Аньшакова В.В. Нелинейная динамика (синергетика) в химических, биологических и биотехнологических системах

Учебное пособие по курсу «Синергетика — теория самоорганизации систем» для студентов химических и биологических специальностей. — Якутск: Якутский государственный университет им. М.К. Аммосова, 2009. — 208 с.В теоретическом плане синергетика выступает в роли своеобразной метанауки, исследующей общий характер закономерностей, как бы растворенных в частных науках. Для нее представляют интерес, говоря словами Ю.А. Данилова, системы из самой сердцевины предметной области частных наук, которые она извлекает и исследует, не апеллируя к их природе, своими специфическими средствами [Данилов, 1997]. В этом смысле синергетика начинает соперничать (?) с философскими системами.
В прикладном плане синергетика проявила себя с момента своего зарождения, поскольку возникла на почве точных наук (физика, химия, математика) в виде попыток решить конкретные проблемы на основе синергетического подхода и специфических методов. Затем область применения синергетических методов в различных науках, в том числе и гуманитарного профиля, стала быстро расширяться. На этом поприще синергетика наоборот, как бы объединяется с кибернетикой, системным подходом и т.д. Слияние теоретико-методологических разработок, мировоззренческих подходов и эмпирических исследований междисциплинарного порядка привело к появлению укрупненных прикладных разделов синергетики, таких, например, как социальная синергетика, медицинская синергетика, химическая (в т.ч. химико-технологическая) синергетика. Отсюда становится понятным, почему сегодня так важно, чтобы синергетика изучалась каждым образованным человеком и, прежде всего теми, кто в силу своих профессиональных обязанностей ученого-экспериментатора, практика, организатора, руководителя, инженера, педагога не может оставаться в стороне от современной революции в естествознании и обществознании, новых тенденций в научном познании, заключающихся в системном, интегративном подходе к проблемам на любом уровне.
Парадоксальным является тот факт, что в естественнонаучном образовании изучение дисциплин основывается на образцах линейного мышления, хотя объектом изучения являются эволюционирующие во времени и пространстве сложные открытые, нелинейные системы.Введение.
Необходимость формирования синергетического подхода в химии и биологии.
Определения синергетики.
Ключевые понятия (глоссарий) синергетики.
Основные положения синергетики, их физико-химическое и мировоззренческое содержание
Условия возникновения в системах качественно нового свойства — способности к самоорганизации. Нелинейность, открытость системы и сильная термодинамическая неравновесность.
Порядок и хаос, механизмы трансформации «динамического хаоса» в «порядок» («диссипативные структуры»). Случайность и конкуренция флуктуаций, положительные и отрицательные обратные связи. Режимы с обострением (перемешивающий слой), развитие через неустойчивость. Аттракторы.
«Странные аттракторы» в открытых нелинейных средах. Фрактальная структура странных аттракторов.
Фракталы. Хаотические, динамические фракталы как механизм самоорганизации, возникновения порядка из хаоса
Числа Фибоначчи Золотая пропорция.
Философские и культурологические аспекты синергетики, общий смысл комплекса синергетических идей.
Физическая термодинамическая синергетическая модель мира.
Наиболее общие свойства пространства, связанные с движением в нем материальных систем.
Термодинамические аспекты самоорганизации систем в физическом пространстве.
Образ открытой среды
Режимы с обострением
Фрактальная структура физических систем и их способность к самоорганизации.
Самоорганизация в химических системах.
Модель брюсселятора. Структурно-функциональное разнообразие элементов сложной открытой, сильно неравновесной нелинейной системы (включая биоразнообразие) как основа сохранения её способности к самоорганизации.
Модель процессов естественного отбора и эволюции в системе химических автокатализаторов (химическая модель процессов спонтанного самозарождения жизни в режиме реального времени).
Диссипативные среды и их влияние на химические, биохимические и биологические процессы посредством систем слабых взаимодействий. Вода как самоорганизующаяся среда и среда для самоорганизации биохимических, биологических и глобальных геосферных и биосферных систем. Резонанс и комплементарность.
Синергетические механизмы действия сверхмалых концентраций веществ и доз излучений. Критерии, необычные эффекты действия сверхмалых доз физических и химических факторов среды на самоорганизующиеся системы. Примеры в химии, биохимии, биотехнологии, физиологии и медицине.
Модель химической самоорганизующейся системы глобального климата в открытой, сильно неравновесной и нелинейной системе «Мировой океан-атмосфера-литосфера».
Синергетика в биохимии.
Синергетические механизмы ранних стадий биологической эволюции.
Синергетика в биологии.
Синергетические механизмы обработки информации в нейросетях, процессов памяти и мышления и самоорганизации сознания, синергетика и логика, нейрокомпьютеры.
Синергетика в медицине.
Синергетическая модель эволюции организма в фазовом и векторном пространстве, включающем области «здоровье», «болезнь», «предболезнь», в терминах: диссипативные структуры и диссипативные процессы, режимы с обострением, точки бифуркации, отрицательные и положительные обратные связи.
Синергетические механизмы в медицине на примере эффективных технологий немедикаментозного лечения (ЭМАТ-технология в аддиктологии)
Заключение. Вопросы, которые будут рассмотрены во второй части пособия.
Литература.