Вход

Синергетика и литература

Реферат по философии
Дата добавления: 26 августа 2007
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 82 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
Синергетика и литература Синергетика (от греч. син — «совместное» и эргос — «дей ствие») — междисциплинарное направление научных исследований, задаче й которого является познание природных явлений и процессов на основе пр инципов самоорганизации систем (состоящих из подсистем). «...наука, занима ющаяся изучением процессов самоорганизации и возникновения, поддержан ия, устойчивости и распада структур самой различной природы...». Синергетика изначально представлялась как междисципли нарный подход, так как принципы, управляющие процессами самоорганизаци и, одни и те же безотносительно природы систем. Основное понятие синергетики — определение структуры к ак состояния, возникающего в результате когерентного поведения большо го числа частиц. Образование структур имеет волновой характер и иногда н азывается автоволновыми процессами (по аналогии с автоколебаниями). В 1892г. Пуанкаре доказал существов ание неинтегрируемых систем - суть его в ыводов заключалась в том, в системе, описываемой дифференциальными урав нениями, может появиться стохастическое движение (об этом в следующих рефератах). Неинтегрируемая система имеет также полный набор первых интегралов, но не все они являются анали тическими функциями. Примером неинтегрированной систем ы являет движение трех тел в поле тяготе ния друг друга – траектории тел становятся очень сложными и запутанным и. Характерной чертой неинтегрированных систем является о тсутствие симметрии между прошлым и будущим - неинтегрированная систем а эволюционирует во времени! Эволюционн ые свойства неинтегрируемых систем определяются в основном характером взаимодействия в системе. Систему, в которой стохастичность траекторий есть следствие внутренних взаимодействий, а не случайных внешних возде йствий называют динамическим хаосом - движения частиц воспринимаются н аблюдателем как случайные блуждания. В центре современных представ лений об эволюционных процессах находится понятие "самоорганизации". С т очки зрения теории динамического хаоса "феномен самоорганизации можно рассматривать, как рождение структуры из хаоса структур: динамический х аос состоит из структур, под которыми понимается определенная корреляц ия в расположении частиц друг относительно друга. Время жизни структур з ависит от так называемого "времени перемешивания" - если оно достаточно б ольшое, то в распределении вещества системы будут наблюдаться корреляц ии (структуры). Примером самоорганизации в изолиро ванной системе является автоволна в активной среде, содержащей источни ки энергии: это реакции Белоусова-Жаботинского, горение всех видов, импу льсы возбуждения в нервных волокнах и мышцах. В отрытых системах поток энергии может вывести ее из усто йчивого состояния (см. выше) - начинается развитие неустойчивостей, а их по следующая самоорганизация может привести систему в устойчивое неоднор одное состояние. Такие состояния И. Пригожин назвал "диссипативными стру ктурами". Примерами таких структур могут служить автоколебания, возника ющие, например, в тонком горизонтальном слое масла при его подогреве сни зу (ячейки Бенара) или в лазерах. Другой знаменитый пример – уединенные в олны на поверхности воды и в других средах (солитоны). Попытка выработки общей концепции объясняющей явления самоорганизации систем пол учила название "синергетика". Термин "синергетика" происходит от греческ ого "синергеа" - содействие, сотрудничество. Предложенный Г.Хакеном, этот т ермин акцентирует внимание на согласованности взаимодействия частей п ри образовании структуры как единого целого. Под этим названием объединяются различные направлени я исследований в различных науках - в физике, биологии, химии, математике. В математике развивается теория динамического хаоса, школа И.Пригожина развивает термодинамический подход к самоорганизации с точки зрения д иссипативных структур, а Г.Хакен понимает под структурой состояние, возн икающее в результате когерентного (согласованного) поведения большого числа частиц. Следует отметить, что термин "самоорганизующаяся систем а" был впервые использован У.Р.Эшби в 1947г. для описания определенной модели поведения кибернетических систем, и, в известном смысле, заменил термин " целесообразность". Это смысловое разнообразие является источником раз личных спекуляций, в которых каждый трактует "самоорганизацию" на свой м анер. С другой стороны, это может свидетельствовать действительно о созд ании новой парадигмы в истории науки. Синергетика и синергетики. Подобно тому, как кибернетике Винера предшествовала кибернетика Ампера, имевшая весьма косвенное отношение к «науке об управлении, получ ении, передаче и преобразовании информации в кибернетических системах », синергетика Хакена имела своих «предшественниц» по названию: синерге тику Ч. Шеррингтона, синергию С. Улана и синергетический подход И. Забуско го. Ч. Шеррингтон называл синергет ическим, или интегративным, согласованное воздействие нервной системы ( спинного мозга) при управлении мышечными движениями. С. Улам был непосредственным участни ком одного из первых численных экспериментов на ЭВМ первого поколения (Э НИВАКе).- проверке гипотезы равнораспределения энергия по степеням своб оды. Эксперимент, проведенный над числовым аналогом системы кубических осцилляторов, привел к неожиданному результату, породив знаменитую про блему Ферми-Пасты-Улама: проследив за эволюцией распределения энергии п о степеням свободы на протяжении достаточно большого числа циклов, авто ры не обнаружили ни малейшей тенденции к равнораспределению. С. Улам, мно го работавший с ЭВМ, понял всю важность и пользу «синергии, т. е. непрерывн ого сотрудничества между машиной и ее оператором», осуществляемого в со временных машинах за счет вывода информации на дисплей. Решение проблемы Ферми -Пасты - Улама было получено в нача ле 60-х годов М. Крускалом и Н.Забуским, доказавшим, что система Ферми - Пасты- Улама представляет собой разностный аналог уравнения Кортевега-де Ври за, и что равнораcпределению энергии препятствует солитон (термин, предл оженный H. Забуским), переносящий энергию из одной группы мод в другую. Реа листически оценивая ограниченные возможности как аналитического, так и численного подхода к решению нелинейных задач, И. Забуский пришел к выв оду о необходимости единого синтетического подхода. По его словам, «сине ргетический подход к нелинейным математическим и физическим задачам м ожно определить как совместное использование обычного анализа и числе нной машинной математики для получения решений разумно поставленных в опросов математического и физического содержания системы уравнений». Если учесть сложность систем и состояний, изучаемых сине ргетикой Хакена, то станет ясно, что синергетический подход Забуского (и как составная часть его - синергия Улама) займет достойное место среди пр очих средств и методов этой науки. Иначе говоря, уповать только на аналит ику было бы чрезмерным оптимизмом. Особенность синергетики как на уки. В отличие от большинства новых наук, возникавших, как правило, на стыке двух ранее существовавших и характеризуемых проникно вением метода одной науки в предмете другой, наука возникает, опираясь н е на граничные, а на внутренние точки различных наук, с которыми она имеет ненулевые пересечения: в изучаемых наукой системах, режимах и состояния х физик, биолог, химик и математик видят свой материал, и каждый из них, при меняя методы своей науки, обогащает общий запас идей и методов науки. Эту особенность Х-науки (если X - синергетика) подробно ох арактеризовал Хакен: «Данная конференция, как и все предыдущие, показала , что между поведением совершенно различных систем, изучаемых различным и науками, существуют поистине удивительные аналоги. С этой точки зрения данная конференция служит еще одним примером существования новой обла сти науки - Синергетики. Разумеется, Синергетика существует не сама по се бе, а связана с другими науками по крайней мере двояко. Во-первых, изучаемы е Синергетикой системы относятся к компетенции различных наук. Во-вторы х, другие науки привносят в Синергетику свои идеи. Ученый, пытающийся про никнуть в новую область, естественно, рассматривает ее как продолжение с воей собственной области науки. Теория автоволновых процессов. Распрост ранение понятий равновесной термодинамики на состояния, далекие от рав новесия, и, в частности, принцип эволюции Гленсдорфа-Пригожина вызвали к ритику со стороны «синергетиков». Так, Ландауэр построил контр пример, п оказывающий, что никакая функция состояния, в том числе и энтропия, не мож ет быть положена в основу критерия устойчивости состояния, как это сдела но в принципе эволюции Гленсдорфа-Пригожина. Отечественная школа нелин ейных колебаний и волн, основоположником которой по праву считается Л. И. Мандельштам, рассматривает общую теорию структур в неравновесных сред ах как естественное развитие и обобщение на распределенные системы иде й и подхода классической теории нелинейных колебаний. Еще в 30-х годах Л. И. М андельштам сформулировал программу выработки «нелинейной культуры, вк лючающей надежный математический аппарат и физические представления, адекватные новым задачам, выработать нелинейную интуицию, годную там, гд е оказывается непригодной интуиция, выработанная на линейных задачах». Разработанная почти полвека назад, эта программа становится особ енно актуальной в наши дни существенной «делинеаризации» всей науки. Бе з наглядных и емких физических образов, адекватных используемому аппар ату, немыслимо построение общей теории структур, теории существенно нел инейной. Вооружая физика концентрированным опытом предшественников, э ти образы позволяют ему преодолевать трудности, перед которыми заведом о мог бы спасовать исследователь, полагающийся только на свои силы. В это м отношении физические образы Л. И. Мандельштама представляют собой глуб окую аналогию со структурным подходом Э. Нётер, научившей математиков за конкретными деталями задачи различать контуры общей схемы - математиче ской структуры, задаваемой аксиоматически. Суть структурного подхода, с формулированного Н. Бурбаки, звучит как парафраза манделынтамовской пр ограммы создания нелинейной культуры: «Структуры» являются орудиями м атематика; каждый раз, когда он замечает, что между элементами, изучаемым и им, имеют место отношения, удовлетворяющие аксиомам структуры определ енного типа, он сразу может воспользоваться всем арсеналом общих теорем , относящихся к структурам этого типа, тогда как раньше он должен был бы му чительно выковывать сам средства, необходимые для того, чтобы штурмоват ь рассматриваемую проблему, причем их мощность зависела бы от его личног о таланта, и они были бы отягчены часто излишне стеснительными предполож ениями, обусловленными особенностями изучаемой проблемы». Следуя Р. В. Хохлову, возникновение волн и структур, вызванное потерей уст ойчивости однородного равновесного состояния, иногда называют автовол новыми процессами (по аналогии с автоколебаниями). На первый план здесь в ыступает волновой характер образования структур: независимость их хар актерных пространственных и временных размеров от начальных условий (в ыход на промежуточную асимптотику), а в некоторых случаях - от краевых усл овий и геометрических размеров системы. Синергетика и кибернетика. Задачу выясни ть с общих позиций закономерности процессов самоорганизации и образов ания структур ставит перед собой не только Х-наука. Важную роль в пониман ии многих существенных особенностей этих процессов сыграл, например, ки бернетический подход, противопоставляемый иногда как абстрагирующийс я «от конкретных материальных форм» и поэтому противопоставляемый син ергетическому подходу, учитывающего физические основы спонтанного фор мирования структур. В этой связи небезынтересно отметить, что создатели кибернетики и современной теории автоматов могут по праву считаться тв орцами или предтечами Х-науки. Так, Винер и Розенблют рассмотрели задачу о радиально-несимметричном распределении концентрации в сфере. А. Тьюри нг в известной работе предложил одну из основных базовых моделей структ урообразования и морфогенеза, породившую огромную литературу: систему двух уравнений диффузии, дополненных членами, которые описывают реакци и между «морфогенами». Тьюринг показал, что в такой реакционно-диффузион ной системе может существовать неоднородное (периодическое в простран стве и стационарное во времени) распределение концентраций. В русле тех же идей - изучения реакционно-диффузионных с истем - мыслил найти решение проблемы самоорганизации и Дж. фон Нейман. По свидетельству А. Беркса, восстановившего по сохранившимся в архиве фон Н еймана отрывочным записям структуру самовоспроизводящегося автомата, фон Нейман «предполагал построить непрерывную модель самовоспроизвед ения, основанную на нелинейных дифференциальных уравнениях в частных п роизводных, описывающих диффузионные процессы в жидкости. В этой связи и нтересно отметить, что фон Нейман получил не только математическое обра зование, но и подготовку инженера-химика.
© Рефератбанк, 2002 - 2017