ОСНОВЫ СИНЕРГЕТИКИ

Синергетика (это понятие означает кооперативность, со­трудничество, взаимодействие различных элементов системы) -по определению ее создателя Г. Хакена - занимается изучением систем, состоящих из многих подсистем самой различной при­роды, таких как электроны, атомы, молекулы, клетки, нейтро­ны, механические элементы, фотоны, органы животных и даже люди... Это наука о самоорганизации простых систем, о пре­вращении хаоса в порядок.

В синергетике возникновение упорядоченных сложных сис­тем обусловлено рождением коллективных типов поведения под воздействием флуктуации, их конкуренцией и отбором то­го типа поведения, который оказывается способным выжить в условиях конкуренции. Как замечает сам Хакен, это приводит нас в определенном смысле к своего рода обобщенному дарви­низму, действие которого распространяется не только на орга­нический, но и на неорганический мир. Объект изучения синергетики, независимо от его природы, обязан удовлетворять следующим требованиям:

1) открытость - обязательный обмен энергией и (или) веще­ством с окружающей средой;

2) существенная неравновесность - достигается при опреде­ленных состояниях и при определенных значениях параметров, характеризующих систему, которые переводят ее в критиче­ское состояние, сопровождаемое потерей устойчивости;

3) выход из критического состояния скачком, в процессе типа фазового перехода, в качественно новое состояние с более высоким уровнем упорядоченности.

Скачок - это крайне нелинейный процесс, при котором ма­лые изменения параметров системы (обычно они называются управляющими параметрами) вызывают очень сильные изме­нения состояния системы, ее переход в новое качество. Напри­мер, при снижении температуры воды до определенного зна­чения она скачком превращается в лед. Около критической точки перехода достаточно изменить температуру воды (управляющий параметр) на доли градуса, чтобы вызвать ее практически мгновенное превращение в твердое тело.

Первоначально сферой приложения синергетики была квантовая электроника и радиофизика. Примером самоорга­низации может служить система, изучаемая в разделах кванто­вой электроники,- лазер. Этот прибор создает высокооргани­зованное оптическое излучение. Традиционные источники све­та - лампы накаливания, газоразрядные лампы - создают оп­тические излучения за счет процессов, подчиняющихся стати­стическим законам. Так, в нагретой до высокой температуры среде возбужденные атомы и ионы спонтанно излучают кван­ты света с различными длинами волн во всех направлениях. Только малую часть из них мы воспринимаем как видимый свет. Уровень организации подобной среды крайне низок, упорядоченность мала. Для лазерной активной среды, которая должна в принципе находиться в сильно неравновесном со­стоянии, характерна высокая упорядоченность атомных, ион­ных или молекулярных избирательно возбуждаемых состоя­ний, что достигается направленным введением в среду орга­низованного потока энергии (накачка). При выполнении опре­деленного условия в среде лавинообразно нарастает вынуж­денное излучение почти монохроматических квантов света, движущихся в одном направлении. Лазерная генерация возни­кает скачком после того, как плотность вводимой в среду энергии накачки превысит пороговое значение, зависящее от свойств активной среды, характера накачки и параметров резонатора, в который помещают активную среду/ для усиления эффекта. Излучение выходит в виде узконаправленного луча.

Подобные же процессы есть в химии - смешивание жидко­стей разных цветов, когда попеременно получается жидкость то красного, то синего цвета; в биологии - мышечные сокра­щения, электрические колебания в коре головного мозга, явле­ние морфогенеза (отдельные клетки бывают только недиффе­ренцированными, специализация развивается в соответствую­щем окружении других клеток), динамика популяций (времен­ные колебания численности видов) и т.д.

Самоорганизующиеся системы обретают присущие им структуры или функции без какого бы то ни было вмеша­тельства извне. Обычно эти системы состоят из большого числа подсистем. При изменении определенных условий, ко­торые называются управляющими параметрами, в системе образуются качественно новые структуры. Эти системы об­ладают способностью переходить из однородного, недиффе­ренцированного состояния покоя в неоднородное, но хорошо упорядоченное состояние или в одно из нескольких возмож­ных состояний.

Этими системами можно управлять, изменяя действующие на них внешние факторы. Поток энергии или вещества уводит физическую, химическую, биологическую или социальную сис­тему далеко от состояния термодинамического равновесия. Изменяя температуру, уровень радиации, давление и т.д., мы можем управлять системами извне.

Самоорганизующиеся системы способны сохранять внут­реннюю устойчивость при воздействии внешней среды, они находят способы самосохранения, чтобы не разрушаться и да­же улучшать свою структуру.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 174; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!