На головну

Синергетика: різні погляди - Філософія

Синергетика: різні погляди

Збірник статей по синергетиці

В цій роботі представлені основну стать провідний фахівців в області систем управління. Відповідь на питання «Що таке синергетика?» тут безперечно можна знайти. Робота містить в собі декілька окремих розділів, пов'язаних загальною темою.

Синергетика: різні погляди

Збірник статей по синергетиці

В цій роботі представлені основну стать провідний фахівців в області систем управління. Відповідь на питання «Що таке синергетика?» тут безперечно можна знайти. Робота містить в собі декілька окремих розділів, пов'язаних загальною темою.

Лысенко Е.А.

Лисенко Е.А.

Група ПС-114

20.12.2007

Зміст:

ü Введення від автора

ü Синергетика

ü Синергетическая модель динаміки політичної свідомості

ü Синергетика і кібернетика

ü Синергетика і методологія системних досліджень

ü Синергетические стратегії в освіті

ü Самоорганизация в фізико-хімічних системах: народження складного

ü Синергетика і нові підходи до процесу навчання

ü Синергетика і освітні цінності

ü Синергетика і глобальні проблеми сучасності

ü Синергетика і біологія

ü Що таке синергетика?

ü Синергетика і проблеми управління в техніці, економіці і соціології

ü Синергетика і Інтернет?

ü Синергетика і детермінізм

ü Синергетичний виклик культурі

ü Роль і місце синергетики в сучасній науці

ü P.s. Два слова про моду на синергетику

- Отже, ви хочете знати, який простій і ясна відповідь на Велике Питання Життя, Вселеного і усього іншого? запитав Проникливий Інтеллектоматік.

- Так! Негайно! вигукнули інженери.

- Сорок два, з безмежним спокоєм повідомив комп'ютер.

(Дуглас Адамові, Керівництво для мандрівних автостопом по галактиці)

Введення від автора

Назвіть хоч однієї освіченої людини, яка б не чула слова «синергетика»...Таких невірно рідко зустрінеш. Це слово - камінь спотикання сучасних наук. Так так наук, не однієї швидше всіх. Все існуючі нині роботи в області синергетики, синергетических систем надто не систематизовані. Я не ставив перед собою задачу по систематизації цих знань. Моя задача всього одна - показати, що ж таке синергетика і «з чим її їдять». Тут немає нічого складного для людини знаючої що і розуміє і тому можна рекомендувати цю роботу всім, особливим людям з технічним складом розуму. У кінці кожного розділу є список літератури, яка була використана при підготовки статті.

Якщо своєю роботою я зацікавлю хоч би одне людини, якщо він пізнає безкрайні можливості синергетики я вважаю свою задачу виконаною...

Синергетика

Існує цілий клас задач, які складаються в описі поведінки складних систем, при рішенні яких вивчення поведінки окремих елементів системи не дозволяє ефективно описати процеси, що йдуть в системі на макроуровне. Мова в цьому випадку йде про процеси самоорганизации, хаотичному виникненню в різних середовищах впорядкованих структур за рахунок підведення до них енергії.

З іншого боку, хоч подібні системи мають абсолютно різну природу, число математичних моделей, які використовуються для опису процесів в них невелико. Тобто, там, де присутня впорядкованість, внутрішня складність макросистем не виявляється, вони поводяться схожим образом. Власне синергетика займається пошуком і вивченням моделей складних систем, питаннями виникнення порядку з хаосу і переходу від впорядкованих структур до хаотичних.

Як приклади самоорганизующихся систем можна назвати потік рідини, який по мірі збільшення швидкості перестає бути ламінарним, в ньому утворяться складні впорядковані структури. При подальшому збільшенні швидкості течії виділити впорядкованість стає все складніше, і потік придбаває хаотичний вигляд. До складних самоорганизующимся систем відносяться живі організми будь-якого рівня, від кліток до социумов. У неживому світі приклади самоорганизации також можна знайти скрізь, аж до крупномасштабний будови всесвіту [15]...

Розділ 1. Фізичні системи

Останні декілька десятиріч розвитку фізики показали, що впорядкованість утвориться у відкритих системах (що обмінюються речовиною і енергією з навколишнім середовищем), що знаходяться в нерівновагий стані. Такі системи звичайно виявляються нестійкими, не завжди повертаються до початкового стану. Ним властива наявність бифуркационных точок, де не можна однозначно передбачити подальшу еволюцію системи. При цьому малий вплив на систему може привести до значних непередбачуваних наслідків (до розкриття нестійкості). У відкритих системах, далеких від рівноваги, виникають ефекти узгодження, коли елементи системи кореллируют своя поведінка на макроскопічних відстанях через макроскопічні інтервали часу. Внаслідок узгодженої взаємодії відбуваються процеси виникнення з хаосу певних структур, їх ускладнення.

Власне синергетика виникла з об'єднання трьох напрямів досліджень: розробки методів опису істотно нерівновагий структур, розробки термодинаміки відкритих систем і визначення якісних змін рішень нелінійних диференціальних рівнянь.

Диссипативные системи

Відкриті системи, в яких спостерігається приріст ентропії, називають диссипативными. У таких системах енергія впорядкованого руху переходить в енергію неврегульованого хаотичного руху, в тепло. Якщо замкнена система (гамильтонова система), виведена з стану рівноваги, завжди прагне знову придти до максимума ентропії, то у відкритій системі стік ентропії може зрівноважити її зростання в самій системі і є імовірність виникнення стаціонарного стану. Якщо ж стік ентропії перевищить її внутрішнє зростання, то виникають і розростаються до макроскопічного рівня крупномасштабний флюктуации, а при певних умовах в системі починають відбуватися самоорганизационные процеси, створення впорядкованих структур.

При вивченні систем, їх часто описують системою диференціальних рівнянь. Представлення рішення цих рівнянь як руху деякої точки в просторі з розмірністю, рівною числу змінних називають фазовими траєкторіями системи. Поведінка фазової траєкторії в значенні стійкості показує, що існує декілька основних його типів, коли всі рішення системи, зрештою, сосредотачиваются на деякій підмножині. Така підмножина називається аттрактором. Аттрактор має область тяжіння, безліч початкових точок, таких, що при збільшенні часу всі фазові траєкторії, ті, що почалися в них прагнуть саме до цьому аттрактору. Основними типами аттракторов є стійкі граничні точки, стійкі цикли (траєкторія прагне до деякої замкненої кривої) і тора (до поверхні яких наближається траєкторія). Рух точки в таких випадках має періодичний або квазипериодический характер. Існують також характерні тільки для диссипативных систем так звані дивні аттракторы, які, на відміну від звичайних не є подмногообразиями фазового простору (не вдаючись в подробиці, помічу, що точка, цикл, тори, гипертор - є) і рух точки на них є нестійким, будь-які дві траєкторії на ньому завжди розходяться, мала зміна початкових даних приводить до різних шляхів розвитку. Інакшими словами, динаміка систем з дивними аттракторами є хаотичною. Рівняння, ті, що володіють дивними аттракторами зовсім не є екзотичними.

Як приклад такої системи можна назвати систему Лоренца, отриману з рівнянь гідродинаміки в задачі об термоконвекции шара рідини, що підігрівається знизу. Чудовою є будова дивних аттракторов. Їх унікальною властивістю є скейлинговая структура або масштабна самоповторяемость. Це означає, що збільшуючи дільницю аттрактора, вмісну нескінченну кількість кривих, можна пересвідчитися в його подібності крупномасштабний представленню частини аттрактора. Для об'єктів, що володіють здатністю нескінченно повторювати власну структуру на микроуровне існує спеціальна назва - фракталы.

Для динамічних систем, що залежать від деякого параметра, характерно, як правило, плавна зміна характеру поведінки при зміні параметра. Однак для параметра може бути деяке критичне (бифуркационное) значення, при переході через яке аттрактор зазнає якісної перебудови і, відповідно, різко міняється динаміка системи, наприклад, втрачається стійкість. Втрата стійкості відбувається, як правило, переходом від точки стійкості до стійкого циклу (м'яка втрата стійкості), вихід траєкторії з стійкого положення (жорстка втрата стійкості), народження циклів з подвоєним періодом. При подальшій зміні параметра можливе виникнення торов і далі дивні аттракторов, тобто хаотичних процесів.

Тут треба оговорити, що в спеціальному значенні цього слова хаос означає нерегулярний рух, що описується детерминистическими рівняннями. Нерегулярний рух має на увазі неможливість його опису сумою гармонічних рухів.

Розподілені системи

В системах, розглянутих вище, передбачається обмеженість числа фазових змінних. Однак більш близькими до реальності є розподілені системи з бесконечномерным фазовим простором, типовим прикладом яких є активні середи. Дослідження показують, що в цих системах можуть існувати конечномерные аттракторы. Існування бесконечномерных аттракторов ще не вивчене.

Реакція Белоусова-Жаботинского

До п'ятдесятих років нашого віку вважалося, що в реакціях неорганічних компонентів періодичні явища спостерігатися не можуть, хоч перші відомості про спостереження таких реакцій датуються кінцем XIX віку. Сучасний етап в дослідженні коливальних хімічних реакцій почався з випадкового відкриття, зробленого в 1958 році Б. П. Белоусовим, який помітив, що якщо розчинити лимонну і сірчану кислоти у воді разом з броматом і сіллю церия, то забарвлення суміші змінюється періодично від безбарвної до блідо-жовтої. Систематичне дослідження цієї реакції провів через декілька років А. М. Жаботінський. Він же відмітив виникнення в ході цієї реакції різних впорядкованих структур. Відразу після цього була створена безліч варіантів реакції з більше за швидку і більш повільну осцилляциями. Однак детальне вивчення глибинних механізмів реакції було проведене тільки в сімдесятих роках авторами роботи [19].

Цікаво розглянути типи регулярних структур, виникаючих під час реакції. Найбільш простими з них є ведучі центри, спонтанно виникаючі точки, з яких обійдуть концентричні хвилі. Природа таких центрів до кінця не вивчена, але оскільки в ході експериментів такі центри мали тенденцію до появи в одному і тому ж місці, можна сказати, що їх викликають сторонні домішки в розчині, в околицях яких елементи середи переходять в автоколебательный режим.

Нерідко в середовищі можна виявити або викликати виникнення спіральних хвиль. Всі спіральні хвилі мають одну частоту, центр спіралі може переміщатися. Експерименти на клітинних автоматах показали, що причиною появи спіральної хвилі може бути розрив складного фронту хвилі збудження, їх існування є виключно властивістю самоорганизации середи і не пов'язане із зовнішніми впливами. Переміщення центра спіральної хвилі також є чудовою властивістю, оскільки є резонансом хвилі з деяким зовнішнім періодичним впливом.

Описані структури здатні взаємодіяти. У дослідженнях відмічені ефекти придушення одного ведучого центра іншим, більш високочастотним. Нерухомі спіральні хвилі здібні до співіснування, з іншого боку, можна створити дві спіральні хвилі, що переміщаються, які при зіткненні аннигилируют. Такі взаємодії дозволяють говорити про побудову на базі структур активних серед логічних елементів (описаний приклад являє собою елемент що виключає або, сигнал на виході присутній тоді і тільки тоді, коли є сигнал тільки на одному з входів).

На практиці також була доведена можливість хаотичної поведінки реакції Белоусова-Жаботинского, коли поява і поведінка структур не підкорялася ніякому гармонічному закону, тобто у системи з'являлася фізична реалізація дивного аттрактора. Коливальні процеси в хімічних реакціях, ймовірно, є ключем до розгадки деяких властивостей живих істот: складних біологічних годин, транскрипції ДНК, процесів в мускулах.

Турбулентність

Класичне рівняння гідродинаміки - рівняння Навье-Стокса - представляє потік рідини як суму рухомих частинок. Однак такий підхід застосуємо, тільки якщо мова йде про ламінарний потік. По мірі збільшення швидкості потоку в рідині спочатку з'являються стійкі вихори. Їх число незначне, а розташування і швидкість постійне (вырожденная турбулентність). При подальшому зростанні швидкості число вихорів зростає, вони починають переміщатися, утворюючи картину, що повторюється (частково впорядкована турбулентність). Нарешті, струнка картина рушається, поступаючись місцем хаотичної суміші вихорів.

Ведуча роль в аналізі переходу течії рідини з турбулентний стан належить О. Рейнольдсу. До нього були встановлені емпіричні закономірності для різних випадків, але саме Рейнольдс виявив, що виникнення турбулентності пов'язане з перевищенням швидкістю потоку деякої критичної величини. Йому вдалося вивести співвідношення, зв'язуючий радіус труби, швидкість течії і в'язкість рідини, яке дає універсальний критерій переходу в турбулентну фазу. Однак теоретично обгрунтувати його значення Рейнольдс не зміг. Вияв турбулентності, як зміни макроскопічної в'язкості рідини пов'язаної з явищами перемішування, турбулентній дифузії було математично описане Прандтлем і, пізніше. Кишенею. Вони сформулювали поняття подібності пульсації швидкості. Подальший розвиток теорії турбулентності був зроблений Колмогоровим, що описав закон розподілу енергії по пульсаціях потоку.

Чисельне рішення довільних задач з турбулентними потоками на базі рівнянь Навье-Стокса і Рейнольдса обчислювальними коштами, що є в цей час не представляється можливим. Крім цього, є імовірність, що спрощення, зроблені при виведенні цих, а саме ігнорування слабких взаємодій між групами атомів, може зробити таку методику непридатною, оскільки саме ці деталі можуть бути критичними при описі складних потоків.

Вдалим походом в цьому випадку може бути статистичний опис руху. Для це будуються функції кореляції значень швидкості різних рангів. Такі функції, будучи вельми узагальненою моделлю системи, нечутливі до початкових даних і дають задовільну відповідність макроскопічній поведінці системи. Основною проблемою статистичної гидромеханики є побудова кінцевого ланцюжка кореляційних функцій, виявлення внутрішньої взаємозалежності законів розподілу і зміни швидкостей.

У статистичної гидромеханике на першому місці стоїть вивчення поведінки структур, виникаючих в прикордонному шарі. Саме структура потоку в цьому шарі визначає величину в'язких сил, діючих на поверхню обтічного тіла і тому основними додатками теорії стали практичні задачі, виникаючі при конструюванні літальних апаратів і швидкісних судів.

Дифузне зростання

При вивченні форм зростаючих в умовах неоднорідностей кристалів було помічено, що їх структура фрактальна, тобто повторюється на різних рівнях масштабу. Причини, по яких виникає така впорядкованість в деталях невідомі.

Говорячи про процес осадження частинок при електролізі, Л. Сандер [13] передбачив, що поява скейлинговой регулярності може бути пов'язана з тим, що імовірність прилипання частинки до опуклої дільниці поверхні вище, ніж імовірність її проникнення у впадини. Таким чином, стимулюється розвиток паростків. Однак процес є нестійким і на паростках в свою чергу з'являються зародки зростання бічних ответвлений. Таким чином, взаємодія стохастичних процесів і процесів зростання приводить до утворення величезного діапазону різних узорів.

На користь такої теорії говорить разюча відповідність між комп'ютерною моделлю дифузного зростання кристалів і реальними природними освітами.

Фрактальна структура властива не тільки кристалам. Схожу форму мають пальці, що утворюються при взаємодії двох рідин різної в'язкості, наприклад, між водою і нафтою. Абсолютно інакшу природу, але схожий вигляд має електричний розряд в газі. Сандер передбачає, що такий підхід до опису виникнення фрактальних структур може бути застосований для пояснення біологічних об'єктів, коралових рифів, гілкування судин кровоносної системи.

Розділ 2. Інформаційні системи

Людський мозок - це гігантська мережа з десятків мільярдів нервових кліток, пов'язаних між собою паростками

Повний текст реферату
© 8ref.com - українські реферати
8ref.com