загрузка...
загрузка...
На головну

ІДЕЯ СИНЕРГЕТИКИ

  1. Історія становлення синергетики як науки
  2. Відмінність синергетики від кібернетики
  3. поняття синергетики
  4. ШЛЯХИ ФОРМУВАННЯ СИНЕРГЕТИКИ
  5. РОЛЬ СИНЕРГЕТИКИ В СТАНОВЛЕННІ НОВОГО РОЗУМІННЯ
  6. Зв'язок синергетики з іншими науками

Я ... запитаю у Всевишнього дві речі: що таке квантова електродинаміка і що таке турбулентність. Відносно першого я налаштований більш оптимістично.

Г. Ламб,

американський фізик

Необхідно відзначити, що в науково-дослідницькій літературі одні автори використовують термін «самоорганізація», інші ж вважають за краще використовувати термін «синергетика». До концепції самоорганізації через розробку термодинаміки відкритих систем прийшов бельгійський вчений І. Пригожин (р. 1927). Термін «синергетика» ввів німецький фізик Г. Хакен (р. 1927). Слово «синергетика» давньогрецького походження, в перекладі на російську мову означає «співпраця, спільна дія».

Як видно, лінгвістичний зміст цих слів різний, але їх концептуальний сенс однаковий, тому що синергетика - новий напрямок міждисциплінарних досліджень, предметом яких є процеси самоорганізації у відкритих системах фізичної, хімічної, біологічної, екологічної та іншої природи.


 У таких системах, що знаходяться далеко від термодинамічної рівноваги, за рахунок припливу речовини і енергії із зовнішнього середовища створюється і підтримується неравновесность. Завдяки цьому відбувається взаємодія елементів і підсистем, що приводить до їх узгодженим (кооперативному) поведінки і в результаті - до утворення нових стійких структур, тобто до самоорганізації.

Виникнення організованого поведінки може обумовлюватися зовнішніми впливами (вимушена організація) або бути результатом розвитку власної (внутрішньої) нестійкості в системі (самоорганізація). В останньому випадку процес упорядкування пов'язаний з колективним поведінкою елементів і підсистем, що утворюють систему. Поряд з цим синергетика розглядає також питання самодезорганізації - переходу систем зі стану порядку до хаосу. Відзначимо, що питання про джерела самоорганізації є найбільш важким і найменш вивченим в синергетики.

А тепер обрисуємо в загальному вигляді і коротко шлях еволюції системи від вихідного стану через хаос до стану нової організації.

У замкнуту ізольовану систему (в термостатики) енергія або речовина вводяться ззовні дозовано, щоб початковий стан в ній не виходило за межі заданих рамок. У відкритій нелінійної системі немає таких обмежень. Тут речовина і енергія середовища можуть надходити в неї довільно, тому така система може вийти зі стану рівноваги і стати нерівноважної. У міру подальшого припливу речовини і енергії вона з прискоренням (нелінійно) йде все далі від стану рівноваги, стає все більш нерівноважної і нерегульованої. Організація стану такої системи все більш розхитується, поки, нарешті, зовсім не зруйнується і процес не стане хаотичним. Таким чином, на першій стадії своєї еволюції нерівноважний процес переходить від стану порядку до хаосу.


 Стан максимальної хаотичності нерівноважного процесу називають точкою біфуркації (Від лат. Bifurcus - роздвоєний). Завдяки хаотичності подальше розгортання нерівноважного процесу має не один шлях руху, а безліч можливих шляхів із зони розгалуження, тобто з точки біфуркації. Стан біфуркації можна уподібнити положенню кульки на опуклій поверхні, типу сферичної, яке є нестійким. Будь-який вплив може вивести кульку з нестійкого стану, і він почне скочуватися зверху вниз. По якій траєкторії він буде скочуватися з точки біфуркації - вгадати точно не можна. Це - випадковий процес.

Але як тільки траєкторія руху кульки зверху вниз визначиться, так напрямок руху почне підкорятися необхідності. Тепер необхідність визначає, яким фіналом завершиться нелінійний процес. Відрізок еволюційного шляху від точки біфуркації до необхідного фіналу називають аттрактором (Від лат. Attrahere - притягую).

Це означає, що кінцевий пункт розгортання нелінійного процесу, або фінал, як би притягує до себе, тобто зумовлює траєкторію розгортання нелінійного Процесу (руху кульки) від точки біфуркації. Аттрактор уподібнюється якоїсь воронці, або конусу, який своїм розтрубом звернений до зони розгалуження, а своїм вузьким горлечком - до кінцевого результату. Це означає, що кулька, що знаходиться на опуклій поверхні, може потрапити в розтруб воронки не з однієї-єдиної точки, а з ряду суміжних точок зони розгалуження. У міру руху по аттрактору безліч можливих траєкторій руху скорочується і в кінцевому рахунку процес з необхідністю завершується єдиним результатом.

 Розгортання нелінійного процесу від точки біфуркації до вибору аттрактора - це початок другої частини еволюції нелінійного процесу.

При розгляді першої частини цього процесу ми бачили, що надмірне надходження енергії ззовні призвело цей процес до дезорганізації, до хаотичного стану. Тому на перший погляд може здатися, що подальший приплив енергії в систему ззовні не потрібен і навіть шкідливий. Але досвід показав, що це не так.

 Навпаки, якщо тепер ввести в систему достатню кількість свіжої енергії, то в хаотичному стані почне зароджуватися нова організація. Коли величина вводиться ззовні енергії досягає деякого критичного значення, то система раптово (стрибком) переходить з хаотичного стану в новий стійкий (організоване) стан.

У другій частині еволюції нелінійної системи відбувається зворотний процес - перехід від стану дезорганізації до нової організованості, від хаосу - до нового порядку. Через примусової дії надходить ззовні енергії безліч різноспрямованих випадкових явищ, характерних для стану хаосу, раптом знаходять когерентне, тобто спільне, або узгоджене, поведінку. Звідси і назва дисципліни, що вивчає такі процеси, синергетика.

Наведемо деякі приклади синергетичних явищ на рівні неживих систем. Слід зазначити, що феноменологічно самоорганізація фізичних систем була помічена задовго до розробки теорії самоорганізації. Експериментально таке явище було зафіксовано в 1900 році фізиком X. Бенар в досвіді з утворенням призматичних осередків в в'язкої рідини. Він наливав ртуть в плоский посудину, який підігрівався знизу. Після того як різниця температур верхнього і нижнього шару ртуті досягала якогось критичного значення, верхній шар швидко розпадався на безліч шестигранних призм при певному співвідношенні між їх стороною і висотою. Ці структури отримали назву осередків Бенара і з тих пір служать класичним прикладом спонтанного освіти структур. Утворення таких структур, відповідно до теорії І. Пригожина, відбувається не через зовнішнього впливу, а за рахунок внутрішньої перебудови зв'язків між елементами системи, тому такі явища автор називає самоорганізацією.

Класичним став і приклад з перетворенням ламінарної течії рідини в турбулентний. Це явище не раз спостерігали багато на прикладі характеру стоку води з ванної в трубопровід. Поки води у ванній мало, вона стікає в трубопровід ламінарно (рідина рухається як би шарами, паралельними напрямку течії). Якщо води набрати в ванну багато, то тиск на нижній шар води змушує її стікати в трубопровід швидко. Тоді стік води в трубопровід втрачає стійкість і переходить в новий - віхреобразний режим. Тепер вода входить в отвір трубопроводу у вигляді обертової воронки, тобто турбулентному.

Ще приклад: вода з поверхні Землі випаровується у вигляді атомів і молекул, що рухаються хаотично. Але при інтенсивному випаровуванні і під дією енергії вітру з випарів утворюються хмари. Зазначені та подібні їм явища широко поширені в природі.

 



Попередня   28   29   30   31   32   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43   Наступна

ПОПЕРЕДНІ ЗАУВАЖЕННЯ | розширення Всесвіту | Сучасна космологія про початок Всесвіту | ЕВОЛЮЦІЯ МАТЕРИИ НА РІВНІ мікросвіту і мегасвіт | Антропний принцип КОСМОЛОГІЇ | ПРОБЛЕМА ІСНУВАННЯ І ПОШУКУ позаземних цивілізацій | Наукові основи уявлень про існування життя і цивілізацій у Всесвіті | Проблема пошуку життя у Всесвіті | Проблема пошуку позаземних цивілізацій | МЕТОДИЧНІ ЗАВДАННЯ |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати