В останні десятиліття розвивається уявлення про те, що матерії початку властива тенденція не тільки до руйнування впорядкованості та поверненню до вихідного хаосу, а й до утворення все більш складних і упорядкованих систем різного рівня. Подання про руйнівну тенденції матерії сформувалося в результаті розвитку двох галузей класичної фізики - статистичної механіки і термодинаміки, - які описують поведінку ізольованих (замкнутих) систем, т. Е. Систем не обмінюється ні енергією, ні речовиною з навколишнім середовищем. При цьому особлива роль належить другому початку термодинаміки, який визначає незворотність процесів перетворення енергії в замкнутій системі. Такі процеси рано чи пізно призводять систему до її самому простому станом - термодинамічної рівноваги, яке еквівалентно хаосу, коли відсутня будь-яка упорядкованість і всі види енергії переходять в теплову, в середньому рівномірно розподілене між усіма елементами системи. У минулому обговорювалася можливість застосування другого закону термодинаміки до Всесвіту, яка покладалася замкнутою системою. З цього випливав висновок про деградацію Всесвіту - її теплової смерті.
Відомо, що всі реальні системи, від найменших до найбільших, є відкритими, т. Е. Вони обмінюються енергією і речовиною з навколишнім середовищем і не перебувають в стані термодинамічної рівноваги. У таких системах можливе утворення наростаючою впорядкованості. На даній основі виникло уявлення про самоорганізацію речових систем. Самоорганізацією прийнято називати природні стрибкоподібні процеси, що переводять відкриту нерівноважну систему, що досягла в своєму розвитку критичного стану, в новий стійкий стан з більш високим рівнем складності і впорядкованості в порівнянні з вихідним. Критичний стан характеризується крайньою нестійкістю, якої завершується плавне еволюційний розвиток відкритої нерівноважної системи.
В останні десятиліття дослідження процесів самоорганізації виробляються в трьох напрямках: синергетика, термодинаміка нерівноважних процесів і математична теорія катастроф.
Синергетика вивчає зв'язки між елементами (підсистемами) структури, які утворюються у відкритих системах (біологічних, фізико-хімічних і ін.) Завдяки інтенсивному обміну речовиною і енергією з навколишнім середовищем в нерівноважних умовах. У таких системах спостерігається узгоджена поведінка підсистем, в результаті чого зростає ступінь впорядкованості, т. Е. Зменшується ентропія. Основа синергетики - термодинаміка нерівноважних процесів, теорія випадкових процесів, теорія нелінійних коливань і хвиль. Об'єкт вивчення синергетики, незалежно від його природи, повинен задовольняти трьом умовам: відкритість, істотна неравновесность і стрибкоподібний вихід з критичного стану.
Відкритість означає незамкнутість системи, для якої можливий обмін енергією і речовиною з навколишнім середовищем. Істотна неравновесность призводить до критичного стану, що супроводжується втратою стійкості. В результаті стрибкоподібного виходу з критичного стану утворюється якісно новий стан з більш високим рівнем впорядкованості. Прикладом самоорганізовується може служити оптичний квантовий генератор - лазер. При його роботі дотримуються три перераховані умови: відкритість системи, снабжаемой ззовні енергією, її сугуба нерівноважності, досягнення критичного рівня накачування, при якому виникає впорядковане, монохроматичне випромінювання.
«Всюди, куди не кинь оком, виявляється еволюція, різноманітність форм і нестійкості. Цікаво відзначити що така картина спостерігається на всіх рівнях - в області елементарних частинок, в біології, в астрофізиці », - так вважає один з основоположників термодинаміки нерівноважних процесів, лауреат Нобелівської премії 1977 р бельгійський фізик і физикохимик І.Л. Пригожий (р. 1917).
Складна нерівноважна система може перейти з нестійкого в одне з декількох дискретних стійких станів. У який саме з них здійсниться перехід - справа випадку. В системі, яка перебуває в критичному стані, розвиваються сильні флуктуації, при одній з яких ініціюється стрибок в конкретне стійкий стан. Процес стрибка одноманітний і незворотний. Критичне значення параметрів системи, при яких можливий перехід в новий стан, називається точкою біфуркації.
Самоорганізація включає випадкове і закономірне в розвитку будь-яких систем, в якому можна виділити дві фази: плавну еволюцію, хід якої досить закономірний і детермінований, і стрибок в точці біфуркації, що протікає випадково і тому випадково визначає подальший закономірний еволюційний етап аж до наступного стрибка в точці біфуркації . Пряме відношення до концепції самоорганізації має математична теорія катастроф, що описує різні стрибкоподібні переходи, спонтанні якісні зміни і т. П. В теорії катастроф застосовується досить складний математичний апарат - топологічна теорія динамічних систем.