Вход

Преджизнь. Открытость. Нелинейность. Аттракторы

Реферат по физике
Дата добавления: 04 мая 2002
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 247 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
Немног о истории. “В лазере большое число атомов погружены в активную среду , например , в такой кристалл , как рубин . После на качки извне атомы возбуждаются и могут ис пускать отдельные цуги световых волн . Таким образом , каждый атом испускает сигнал , то есть создает информацию , переносимую световым полем . В полости лазера испущенны е цуги волн могут столкнуться с другим возбужденным атомом , что приведет к усилени ю испускаемой им волны ... Так как отдельные атомы могут испускать световые волны нез ависимо друг от друга и так как эти волны могут затем ус и ливаться другими возбужденными атомами , возникает суперпоз иция некоррелированных , хотя и усиленных цуго в волн , и мы наблюдаем совершенно нерегуля рную картину. Но когда амплитуда сигнала становится достаточно большой , начинается совер шенно новый процесс . Ат омы начинают ко герентно осциллировать , и само поле становитс я когерентным , то есть оно не состоит более из отдельных некоррелированных цугов во лн , а превращается в одну практически беск онечно длинную синусоиду. Перед нами типичный пример самоорганизаци и : в ременнбая структура когерентной волны возникает без вмешательства извне . На сме ну хаосу приходит порядок . Подробная математи ческая теория показывает , что возникающая ког ерентная световая волна служит своего рода параметром порядка , вынуждающим атомы осцил л ировать когерентно , или , иначе го воря , подчиняет себе атомы” 1 . В приведенном отрывке мы выделим пона чалу одно понятие — са моорганизация . Именно оно явл яется ключевым для понимания сущности синерге тики . Синергетику и определяют как науку о самоорганизации или , более развернуто , о самопроизвольном возникновении и самоподдержани и упорядоченных временнбых и пространственных структур в открытых нелинейных системах ра зличной природы. В описании процесса образования когерентн ой световой волны Хакен использует цел ый ряд других основополагающих понятий синергетики . Накачка энергии означает , что р ассматриваемая система является открытой, то есть име ет интенсивный приток энергии извне , а так же оттоки энергии . Возникающая временнбая или пространственная структура форми руется в активной среде и представляет собой выявление одного из потенциально присущих ей дискретных состояний . Система реагирует не линейно, то есть переход от неорганизованного поведения атомов к слиян ию их излучения в когерентную световую во лну происходи т не плавным путем , в линейной пропорции к увеличению энергии , а скачкообразно — в момент , когда приток энергии превысит определенный барьер . Разроз ненное и неупорядоченное поведение отдельных атомов соответствует хаотическому состоянию сист емы , макроскоп и ческому хаосу , из к оторого путем фазового пере хода рождается порядок . Для всякой системы можно определить параметры порядка, позволяющие описать ее сложное поведен ие достаточно простым образом , а также выб рать определенные контролирующ ие параметры, при изм енении которых существенно меняется макроскопиче ское поведение системы . Параметры порядка подчиняют п оведение отдельных элементов системы — в чем выражается введенный Хакеном принцип подчинения . Хакену принадлежит бесспорный приоритет в создании нового т ермина — “синергет ика” — и в разработке системы понятий и теоретических моделей , описывающих механизмы самоорганизации , но не абсолютное первенство в исследовании самих явлений самоорганизации . В физике эффекты образования устойчивых структур в условиях и нтенсивного вне шнего притока энергии известны весьма давно . Взять классический пример — образование так называемых ячеек Бенара , вызванных конв ективными течениями в подогреваемой снизу вяз кой жидкости . Этот опыт каждый может воспр оизвести у себя дома . Дос т аточно налить в сковороду толстый слой растител ьного масла и поставить ее на сильный огонь . Через некоторое время можно будет наблюдать , как нижний , очень горячий слой масла и верхний , не столь горячий , начин ают постоянно сменять друг друга в вертик ально м течении — но не беспоря дочном или распространяющемся сразу на всю емкость , а структурированном в форме правил ьных шестигранных ячеек , напоминающих пчелиные соты . Пространственные структуры самоорганизации возникают тогда , когда разница температур н ижнего и верхнего слоев жидкости д остигает определенного порогового значения . Поток и жидкости спонтанно , то есть без всякого организующего воздействия извне , переходят в упорядоченное состояние , соответствующее относит ельно устойчивым и геометрически правильным ф ормам . Стоит убавить огонь под сковородой , и ячейки снова превратятся в беспорядочные завихрения масла (что не поме шает по итогам опыта поджарить в нем колбасу ). При более интенсивном нагревании жид кости в ней могут возникнуть более сложны е пространственн о -временные структуры , например , осцилляции вихрей. В России на протяжении нескольких дес ятилетий продуктивно развивается оригинальное на правление синергетики , изучающее локализованные с труктуры горения и тепла , возникающие в св ерхбыстрых , лавинообразных эв олюционных проце ссах , в так называемых режимах с обострени ем . Это направление представлено научной школ ой академика РАН А . А . Самарского и чле на-корреспондента РАН С . П . Курдюмова . Исследуют ся механизмы формирования локализованных структу р (самоорганизаци и ), их трансформации , синтеза (коэволюции ) и распада. Первоначально изучение локализованных структ ур горения и тепла было связано с пра ктической задачей удержания клубка плазмы в заданных границах с целью получения темп ературы , необходимой для начала управл яем ой термоядерной реакции . Корень технической п роблемы заключался в том , чтобы уменьшить контакт раскаленной плазмы со стенками реакто ра и уменьшить энергетические затраты на удерживающие ее магнитные поля . Вычислительные эксперименты , проведенные в 60-х годах , показали неожиданную вещь : с уществует такой режим сверхбыстрого сжатия и разогрева плазмы , при котором показатель ее температуры на графике взлетает вверх почти вертикально , стремясь к бесконечности , а вот пространственный объем клубка , то ест ь ос т ровка тепла в окружающем холодном мире , не расползается , оставаясь в первоначальных границах . Получается , что плаз ма создает границы вокруг себя из самой себя . Этот нелинейный эффект позволяет в десятки тысяч раз снизить энергию , которая требуется для ини ц иирования реак ции термоядерного синтеза. Необычность такого состояния плазменной с реды заключается в том , что в любых но рмальных условиях потенциал “тепло — холод” стремится к выравниванию , подобно тому ка к порция холодного молока , влитого в горяч ий кофе , делает его теплым . А вот синергетика — чем она и привлекательна для пытливых умов , тяготеющих к необычному в окружающем нас мире , — доказывает возможность движения в противоположном направлен ии : от расползания к локализации тепла , от равновесия к возраста ю щему нерав новесию и созданию структур в состояниях , далеких от равновесия . Известное нам второе начало термодинамики , говорящее о росте беспорядка (энтропии ) в замкнутых системах , теряет свою силу для открытых нелинейных систем , изучаемых синерг етикой . Ло кализованные , быстро развивающиеся структуры существуют за счет возрастающей хаотизации среды , на основе производства в ней энтропии . Структуры горения как бы интенсивно “выжигают” среду вокруг себя . И организация (порядок ), и дезорганизация (энтропия ) ув е личиваются одновременно . Но н а пике обострения процесса разогрева и “п одбирания” границ тепла структура становится чрезвычайно шаткой , чувствительной к малейшим флуктуациям , случайным изменениям хода процесса . Они способны инициировать распад сложной с тру к туры или же вывести на ин ой , противоположный режим — режим спада т емпературы и расползания тепла. Преджизнь. Важные ре зультаты , касающиеся спонтанного возникновения уп орядоченных структур , были получены к началу 70-х годов и в химии . Они связаны в первую очередь с исследованиями , провод имыми в Свободном университете Брюсселя под руководством Ильи Пригожина — бельгийского ученого русского происхождения (в 1927 году в десятилетнем возрасте он был увезен род ителями из России ), получившего в 1977 году за сво и работы в области неравнов есной термодинамики Нобелевскую премию . “В различных экспериментальных условиях , — пишут Илья Пригожин и его соавтор Изабелла Стенгерс , — у одной и той же системы могут наблюдаться различные формы самоорганизации — химические час ы , уст ойчивая пространственная дифференциация или обра зование волн химической активности на макроск опических расстояниях” 2 . Химические часы — пожалуй , самый ярки й феномен самоорганизации химических процессов , открытый в начале 50-х годов российскими учены ми Б . П . Белоусовым и А . М . Жаботинским . Структура , которая здесь образуется , представляет собой не пространственную , а временнбую структуру — колебание с регуля рной периодичностью. Для теоретического описания реакции Белоу сова — Жаботинского Пригожин со с вои ми сотрудниками разработал специальную модель , названную брюсселятором . Она выглядит так . Имеются вещества , вступающие между собой в химическую реакцию . Концентрацию только одного из них — “управляющего” вещества — плавно увеличивают . Как только концен т рация переходит критический порог (при прочих равных параметрах ), прежнее стационарное состояние химической системы становится неус тойчивым и концентрации двух других реагирующ их веществ начинают колебаться с отчетливо выраженной периодичностью . Колебания пр оисходят вокруг некоторого нестабильного фокуса и выходят на предельный цикл , то есть устанавливается устойчивое периодическое движен ие . Конечную область неминуемого схождения фа зовых траекторий движения сложной системы наз ывают в синергетике аттракт оро м . В качестве аттр актора может выступать или точка (устойчивый фокус ), или иное более сложное образовани е . Существуют странные аттр акторы , когда траектории сист емы совершают произвольные и не поддающиеся регулярному описанию блуждания внутри опреде ленной о бласти . Следуя Пригожину , странный аттрактор можно назвать “привлекающим хаосом ”. Чтобы представить себе нагляднее картину химических часов , а ее необычность вырази ть более впечатляющим образом , Пригожин и Стенгерс предлагают условно считать , что в реакции участвуют молекулы двух сортов — “красные” и “синие” . До перехода кри тического порога концентрации “управляющего” вещ ества они находятся в хаотической смеси , и мы имеем в пробирке какую-то фиолетовую жидкость с легкими беспорядочными отклонения ми в один и з двух первоначальны х цветов . “Иную картину мы увидим , разгляд ывая химические часы : вся реакционная смесь будет иметь синий цвет , затем ее цвет резко изменится на красный , потом снова на синий и т . д . Поскольку смена окраски происх одит через правильные инт ервалы времени , мы име ем дело с когерентным процессом . Столь выс окая упорядоченность , основанная на согласованном поведении миллиардов молекул , кажется неправ доподобной , и если бы химические часы нель зя было бы наблюдать „во плоти” , вряд ли кто-нибудь пов е рил , что такой процесс возможен . Для того чтобы одновремен но изменить свой цвет , молекулы должны „ка ким-то образом” поддерживать связь между собо й . Система должна вести себя как единое целое” 3 . Налицо эффект когерентного , кооперативного поведения элемент ов в химических сис темах. В теории самоорганизации проводится четко е различие между стационарными , “застывшими” структурами , такими , как решетки кристаллов , и относительно устойчивыми структурами , вызываемым и к жизни из первоначально хаотического с остояния путем интенсивного изменения по некоторому ведущему параметру — будь то накачкой энергии в физическом эффекте лазе рного излучения , увеличением концентрации веществ а в описанном выше химическом эффекте или , с самой общей точки зрения , притоком информации в среду , что также охва тывается синергетическими моделями . Первый тип структур — это , можно сказать , тупики э волюции . Для равновесных стационарных структур малое возмущение “сваливается” на ту же самую структуру . Второй тип — это стру ктуры , способные самоп р оизвольно возн икать и развиваться в активных , рассеивающих (диссипативных ) средах в состояниях , далеких от термодинамического равновесия . Для обозначен ия такого типа структур Пригожин предложил использовать понятие диссипа тивной структуры . Именно они в фок усе внимания синергетики . Диссипативные структуры проявляют характерно е свойство : в состояниях неустойчивости они могут оказаться чувствительными к малейшим случайным отклонениям в среде . Краткий моме нт неустойчивости , балансирования системы на острие выб ора между будущими состояниями , когда судьба всей системы может зависеть от вторжения одной случайной флуктуации , называется в синергетике би фуркацией . Исследования явлений самоорганизации в хи мических процессах привели Пригожина к создан ию собственной об общенной теории самоорга низации , далеко выходящей за пределы химии . Он называет ее по-разному : нелинейной нерав новесной термодинамикой , наукой о сложном , тео рией перехода от хаоса к порядку , но ч аще всего теорией диссипативных структур . При гожин предпочит а ет не пользоваться термином “синергетика” , хотя по своему внут реннему содержанию его исследования , бесспорно , относятся к синергетической теории эволюции и самоорганизации сложных систем . Но создание теории самоорганизации для Пригожина — еще не самоцель. Его сверхзадача — использовать данную теорию для раскрытия глубинных механизмов происхождения живого . Он стремится преодолеть качественный разрыв между описанием живой и неживой природы или по меньшей мере — что ле жит в пределах возможностей современной н ауки — добавить еще несколько пролетов к тому мосту , который ученые и здавна пытаются навести над пропастью , лежаще й между ними. “Жизнь , заведомо укладывающаяся в рамки естественного порядка , предстает перед нами как высшее проявление происходящих в приро де процессов самоорганизации . Мы ... утверждаем , что , коль скоро условия для самоорганиза ции выполнены , жизнь становится столь же п редсказуемой , как неустойчивость Бенара или п адение свободно брошенного камня” 4 , — пишут Пригожин и Стенгерс. В поисках связую щих звеньев между живым и неживым Пригожин опирается на данные молекулярной биологии , находящейся как бы посередине реки , разделяющей два берег а . Он высоко оценивает модель предбиологическ ой эволюции , разработанную немецким ученым Ма нфредом Эйгеном . Согла с но исследовани ям Эйгена , системы полимерных молекул — м олекул , которые , взятые сами по себе , лишен ы в традиционном представлении и “капли” жизни , — способны поддерживать собственное с уществование через цикл самовоспроизводства и противодействия возмущающи м влияниям извне . Механизм их самосохранения и адаптации к окружающей среде является прообразом м еханизма воспроизводства живых организмов через цепи ДНК . Пригожин говорит о спонтанных островках самоорганизации при переходе к живому : “П о-видимому , разумно предположить , что некотор ые из первых стадий эволюции к жизни были связаны с возникновением механизмов , спо собных поглощать и трансформировать химическую энергию , как бы выталкивая систему в си льно неравновесные условия . На этой стадии жизнь , или „преджиз н ь” , была ред ким событием и дарвиновский отбор не игра л такой существенной роли , как на более поздних стадиях” 5 . Взгляд на природу как на единое ц елое , где деление на живое и неживое н е является абсолютным , но связано с ограни ченностью нашего понимания вещ ей , можно проследить далеко вглубь истории человеческой мысли . Более характерен он для восточной философии , но имел влияние и на Запад е . В числе приверженцев такого взгляда и , в сущности , отдаленных предшественников сине ргетического мировоззрения стоит уп о м януть Шеллинга , который строил свою философию исходя из представления о природе как о едином живом организме . “Неорганическая и органическая природа связаны одним и тем же началом” 6 , — писал он , усматривая такое начало в феноменах “организации” и спонт а нного творческого акта. Что же нового вносит тогда синергетик а ? Ее новшество и ее шаг вперед по отношению к предшествующим представлениям о единых началах живого и неживого заключают ся в междисциплинарном научном и обобщенно-те оретическом изучении тех зако номерностей , которые составляют универсальную основу процессо в самоорганизации и эволюции сложного , и в постоянном подкреплении своих теоретических представлений многочисленными опытными данными б азовых научных дисциплин . В античные времена наука , искусст во и философия находились в неразрывном единстве и гармонии , а в самой науке дисциплинарные деления были едва намечены . Но в Новое время наука расп алась на автаркические владения , каждое из которых вырезало из тела природы собственн ый фрагмент , скрупулезн о разбирало е го по клеточкам и пыталось понять принцип его деятельности исходя только из него самого . Неудивительно , что в последующую эпоху , особенно со второй половины ХХ века , ус илилось встречное стремление : понять мир в его целостности , усмотреть в иск усствен но рассеченных сферах нечто существенно общее и как к естественному итогу прийти к объединению наук , созданию единой науки о единой природе . Объединение наук при этом , конечно , понималось не как непродуктивное механическое слияние , а как вычленение в них некоторого общего содержательного ядра и стыковка наук в качестве лишь условно поделенных участков единого исследов ательского поля. Синергетика в наиболее последовательной ф орме отвечает на этот вызов времени . Она говорит о возможных способах объедин ения естественных и ряда гуманитарных наук — с сохранением , разумеется , их собственной идентичности и предметной специфики , а та кже о перспективах кросс-дисциплинарной коммуника ции , творческого диалога специалистов в разли чных областях . Объединение возмож н о вокруг изучения основополагающего феномена — феномена самоорганизации . Вероятно , объединение наук осуществимо не во всей их целостн ости , а лишь в определенном аспекте — изучении сложных образований (систем ) на раз личных уровнях реальности , механизмов их эволюции и самоорганизации. Оппозиция “живое — неживое” мыслится при этом как главный , но не единственны й камень преткновения из числа тех , что лежит на пути объединения . Столь же важ ной представляется задача объединить в едином исследовательском фокусе ми кро - и мак ромиры , мир индивидуальной психологии и повед ения и мир массовых общественных процессов , наконец , мир науки с тем , что можно назвать жизненным миром человека , миром челов еческой экзистенции . Синергетика призвана не только вернуть науке целостног о чел овека , но и науку вернуть человеку , постав ить ее лицом к его реальным проблемам и заботам . К сущности синергетики относится универса льный характер раскрываемых ею закономерностей , а значит , по необходимости междисциплинарный характер проводимых в ее р амках ис следований . На первое место она ставит общ ность процессов эволюции и самоорганизации , и меющих место в физических , химических , биологи ческих , социальных и иных системах . Указание же на специфику , несхожесть этих систем рассматривается скорее в каче с тве уточняющей , корректирующей поправки , выносится за скобки . При этом задача синергетики — не просто уловить внешние аналогии , а установить внутренние изом орфизмы поведения таких сист ем. Синергетика равным образом предполагает к ак восхождение от конкретны х эксперимента льных данных к теоретическим и междисциплинар ным обобщениям , так и обратный процесс — прикладное использование теоретических представ лений и разработанных моделей в различных дисциплинах и сферах практической деятельности . Соответственно в с инергетике можно выделить два направления — синергетику те оретическую и прикладную , хотя такое членение весьма условно . Ученые , работающие над ка кими-либо конкретными задачами в своей област и , часто предлагают синергетическому сообществу свежие идеи и гип о тезы общего порядка , родившиеся в ходе решения таких задач . А предложенные идеи и гипотезы часто дают неожиданный импульс для исследо ваний в совершенно иной дисциплинарной област и , в результате чего в научном сообществе происходит постоянный конструктивн ы й обмен идеями. Сила и эффективность синергетики — в постоянной взаимной подпитке дисциплин , в том , что , выражаясь компьютерным языком , спе циалист в одной области знаний имеет возм ожность находиться в режиме прямой связи с базами данных других специальных наук . В этом заключается существенное преимущес тво синергетики перед двумя ее предшественник ами , с которыми ее часто сравнивают , — кибернетикой , детищем 50-х годов , и так на зываемым системным подходом (созданием общей теории систем ), получившим развитие в 60-х годах. И кибернетика , и системный подход функ ционировали следующим образом : они вытягивали , абстрагировали нечто общее из различных конк ретных дисциплин и затем работали преимуществ енно с этой абстрагированной эссенцией . Задаю щими категориальными схе мами были в к ибернетике “вход — выход” и “сигнал — отклик” , а в системном подходе “элемент — система” , “обратная связь — гомеостазис ” . Ученые получали тюбик такой эссенции и добавляли ее в котел своей дисциплины , считая , что тем самым применяют кибернетич е ские идеи или реализуют системны й подход . Не было прямой стыковки , непосре дственного взаимодействия дисциплин , давших матер иал для получения абстрагированной вытяжки — того , что как раз является животворным для синергетического сообщества. Здесь физик охот но читает книгу нейрофизиолога о странных аттракторах в де ятельности мозга , метеоролог находит много ин тересного в работах по гидродинамике и да же галактической астрономии (что неудивительно , поскольку и тут и там речь идет о вихревых формообразованиях и т онко й структуре хаоса в турбулентных течениях ), психиатр черпает ценные подсказки по лечен ию своих пациентов , изучая сценарии эволюции детерминированного хаоса , и все они прекр асно общаются на универсальном языке “аттракт оров” , “флуктуаций” и “бифуркаций”. Одной из связующих точек в создании международного синергетического сообщества стал Институт теоретической физики и синергетики при Университете Штутгарта , основанный и до лгие годы бессменно возглавлявшийся Германом Хакеном . В 1997 году Хакен отметил сво й семидесятилетний юбилей и ушел с должности директора , возглавив Центр синергетики в этом институте . Объединение ученых вокруг инс титута способствовало налаживанию регулярных лич ных контактов и широкому распространению идей синергетики в научном мире. Наг лядным воплощением авторитета и высокой продуктивности синергетики стала серия индивидуальных и коллективных монографий под общим названием “Синергетика” , выпускаемая в едущим немецким научным издательством “ Springer” в тесном сотрудничестве с Институтом Х а кена . С середины 70-х годов выш ло уже более 70 томов . Перечисление специальных научных областей , представители которых печа тались в серии , вышло бы , наверное , за пределы двух десятков . Вместе с тем и тридцать лет спуст я “синергетики” так и не стали называ ть себя “синергетиками” . Физик скромно скажет : “Я использую синергетические модели” , как скажет и увлеченный синергетикой химик , биолог или географ-урбанист . Трудно найти подходящее место для синергетики в научной табели о рангах . Что это : теория ? пара диг м а ? дисциплина ? наука ? Все эти слова кажутся не очень подходящими . Правиль но было бы назвать синергетику научным на правлением , а еще точнее — научным движением, по аналогии с движением политическим . Здесь не т ни строгого членства , ни четкой организа ционной иерархии , ни институционального отне сения к одной из научных рубрик , созданных для удобства университетского преподавания и продвижения по диссертационным ступеням . Ест ь деятельное устремление ученых-единомышленников , состоящее в том , чтобы познать — кажд о му с данного ему в силу его научной специализации угла зрения — один из удивительных феноменов бытия : феномен самоорганизации. Открытость . Нелинейность . Аттракторы Итак , мы имеем систему , открытую для протока энергии или иного достаточно интенсивного воз действия извне . Система понимается как сложная , то есть содержащая очень большое , иногда с трудом исчислимое множество элементов — атомов в кристалле лазера , молекул в хи мическом растворе , людей в обществе , нейронов в мозге , находящихся в сложном взаимоде й ствии друг с другом , — и поэтому процессы в системе строятся как массовые кооперативные процессы . Вместе с тем сложность или простота системы — понятия относительные . Прибегать к ним как к определяющим показателям к ажется нам не очень продуктивным . Синерг етика способна рассматривать всякую систе му одновременно и на макроуровне — как целостность , описываемую достаточно просто немн огими параметрами порядка , и на микроуровне — как сложное взаимодействие множества эл ементов. Например , пламя , будучи видимым выр ажением структуры горения , может изобража ться и как самостоятельное образование , как собственно пламя , с его формой , цветом , т емпературой , иными объективными показателями , и как сочетание , взаимодействие множества не до конца сгоревших частиц , которые и о б разуют видимый язычок . Наконец , п ламя может быть разобрано и на более мелкие составляющие и представлено в виде турбулентного потока разогретых , быстродвижущихся молекул . На разных уровнях можно описать и какое-либо психологическое явление , скажем , пере жи тое человеком глубокое потрясение . На одном уровне , описываемом собственно психологич еской наукой , оно будет выглядеть как пере группировка , переконстелляция элементов духовного мира человека — небольшого множества опис ываемых в психологических и моральных терминах показателей (“У меня заново о ткрылись глаза” , “Я стал другим человеком” ). Но тот же личностный сдвиг может быть представлен на уровне перестройки нейронных сетей , обеспечивающих течение психологических процессов . А тут мы снова , как и в случае с п ламенем , имеем дело уже с практически необозримым множеством. То же самое может быть сказано и о соотношении понятий “хаос” и “порядок” , которым в синергетике иногда неправомерно придается сущностный , самодостаточный смысл . Не т абсолютного хаоса и абсолютн ого пор ядка . Корректнее было бы говорить , что воз растает мера упорядоченности (или хаотичности ) по какому-либо показателю за счет или в противоположность снижению меры упорядоченности (или хаотичности ) по иному показателю . Сам хаос имеет тонкую , иногда не в ид имую для внешнего наблюдателя структуру , напр имер , в турбулентном течении . А порядок — это организованный хаос . Открытость — необходимое , но не доста точное условие для самоорганизации системы . С истема должна быть еще и нелинейной . С математической точ ки зрения нел инейность означает особый тип математических уравнений , описывающих не плавный , а существен но неравномерный рост функции и имеющих н есколько качественно различных решений . Отсюда ясен и физический смысл нелинейности : опред еленному набору реше н ий нелинейного уравнения соответствует множество путей эвол юции системы , описываемой этим уравнением , а переход в то или иное относительно уст ойчивое состояние системы или русло эволюции происходит скачкообразно , соответственно особым точкам графической к р ивой . Для тех , кто любит образные разъяснени я , можно предложить такое : вы берете свист ок или дудку и начинаете туда дуть , сн ачала слабо , потом все сильнее и сильнее (открытость системы и проток энергии ). В какой-то момент при усилении потока воздуха неясн ое шипение вдруг скачком (нелине йность ) переходит в свист — который , в сущности , представляет собой резонансную звуков ую волну единого тона , то есть упорядоченн ую волновую структуру . Но если вы переусер дствуете и станете дуть изо всей имеющейс я у вас мочи, то радующий душу ч истый звук перейдет в прерывистый хрип со слюнями на выходе (незнание синергетики ). Вернемся к сравнению синергетики с ки бернетикой . Кибернетика и различные варианты теории систем исследовали главным образом про цессы гомеостаза , поддерж ания равновесия в технических , биологических и социальных сис темах . Кибернетика пыталась свести сложные не линейные эволюционные процессы к линейным , по крайней мере на определенных стадиях , где это возможно . Она рассматривала только те случаи , когда нелин е йная система могла исследоваться , как если бы это была линейная система с медленно изменяющимис я параметрами . Кибернетика разрабатывала алгоритм ы и методы внешнего контроля над системам и . Синергетика же изучает процессы самооргани зации систем , их своего р о да с амоконтролирование , основу для чего создают н елинейные свойства систем . Итак , если нелинейная система открыта и ее внутренние флуктуации или внешние во здействия превысят некое пороговое значение , то она может скачком перейти в новое макроскопическое с остояние . Но что это за состояние ? И какие состояния вообще возможны ? Мы подходим здесь к одному из цен тральных тезисов синергетики . Это — дискретн ость возможных состояний , в которые может переходить система в процессе эволюции , а также заданность , огранич енность их числа . Иначе говоря , спектр возможных структур-аттра кторов эволюции , то есть структур , на кото рые выходят эволюционные процессы в этой системе , не является сплошным . В процессе эволюции система может перейти или в то , или в это состояние , но н е во что-то среднее между ними . Только определенный набор эволюционных пу тей разрешен , ибо только этот набор соотве тствует внутренним свойствам рассматриваемой сис темы . В принципе , по крайней мере в зад ачах математической физики , которые связаны , н апример, с выявлением относительно устойчивы х структур самоорганизации плазмы , этот набор математически вычисляем. Проиллюстрировать представление о дискретнос ти и ограниченности набора потенциальных сост ояний можно многими примерами . В физической и химической обл астях мы сталкиваемся с основополагающими феноменами — дискретнос тью энергетических уровней в атоме , соответст вующих заданным орбитам электронов , и качеств енной определенностью химических элементов , предс тавляющих собой набор возможных в природе типов ато м ов. Дискретность проявляется и в движениях живых существ . Давным-давно человек заметил , что лошадям свойственны определенные аллюры : шаг , рысь , иноходь , галоп . В каждом аллюре движение членов лошади согласовано строго определенным образом , причем переход о т одного типа движения к другому совершается скачком . Бесчисленные лошадиные поколения на Земле воспроизводят один и тот же на бор аллюров . Можно наблюдать характерные положения хоб ота слона , хвоста кошки и собаки , соответс твующие вполне определенным эмоци ональным состояниям или реакциям животных . Они не меняются от особи к особи и не имею т промежуточных , полувыраженных ступеней. Обратимся теперь к понятию аттрактора . Под аттрактором понимается состояние системы , к которому она эволюционирует . Наличие спект ра потенциально возможных устойчивых стру ктур-аттракторов системы есть просто иное , пер еформулированное отображение идеи дискретности . Н абор аттракторов можно образно представить ка к набор лунок на поле настольной игры , в одну из которых обязательно скати т ся пущенный пружиной металлический шарик. На графике аттрактор выглядит как схо ждение траекторий к одной точке или замкн утой петле , в пределах которой регулярно к олеблется состояние системы . Точка схождения не зависит от того , из какого места гр афика тянет ся траектория , то есть от начальных условий движения . В синергетике говорят о конусе притяжения аттрактора , кот орый как бы затягивает в себя множество возможных траекторий системы , определяемых разн ыми начальными условиями . Воронка притяжения стягивает ра з розненные исходные линии траекторий в общий , все более узкий п учок . Парадоксальность действия аттрактора заключа ется в том , что он осуществляет как бы детерминацию будущим , точнее , предстоящим сос тоянием системы . Состояние еще не достигнуто , его не сущест вует , но оно каким-т о загадочным образом протягивает щупальца из будущего в настоящее . Здесь и встает философская проблема возможности целеполагания в неорганической природе . Можно ли аттрактор рассматривать как своего рода цель движени я системы ? В синерг е тике отвечают : в онтологическом смысле — вряд ли . Н о в методологическом смысле взгляд на атт рактор по аналогии с целью , как если б ы это была избранная системой цель , часто оказывается действенным. Не надо думать , что “траектории” , “вор онки притяжения” , “ат тракторы” — это что-то очень далекое от обычной жизни . “Ко готок увяз — всей птичке пропасть” , — народ давным-давно сформулировал идею , которую синергетика облекает в строгие математизиров анные одежды . А вот как осмысливал события своей жизни А . И . Герцен. “Всякий человек , много испытавший , — писал он , — припом нит себе дни , часы , ряд едва заметных т очек , с которых начинается перелом , с кото рых тянет ветер с другой стороны ; эти знамения или предостережения вовсе не случайн ы , они — последствия , начальные воп л ощения готового вступить в жизнь обли чения , тайно бродящего и уже существующего” 7 . Читателя , впервые знакомящегося с мировоз зренческим и методологическим содержанием синерг етики , может преследовать смутное чувство , что он где-то об этом уже слышал . И по то м до него доходит : да ведь это же диалектический материализм ! Взять хотя б ы одну из ключевых синергетических идей — плавное количественное нарастание по каком у-либо ведущему параметру и внезапный (хотя и , в принципе , математически описываемый ) пе реход сис т емы в качественно новое состояние . Возможно , для западного ученого , чье мировоззрение формировалось , скажем , в духе кантианства , логического позитивизма или критического рационализма К . Поппера , здесь со держатся элементы откровения , что отчасти объ ясняет р епутацию синергетики как пи онерской дисциплины . Но советскому читателю , к оторого со школы воспитывали в духе маркс изма-ленинизма , памятен закон перехода количествен ных изменений в качественные : им в марксиз ме объясняется и возникновение жизни на о пределен н ой стадии развития материи , и возникновение сознания , и возникновение человеческого общества , и смена одной общес твенно-экономической формации другой. Вместе с тем имеются существенные раз личия между синергетикой и диалектическим мат ериализмом . В частности , марксизм предлагает безальтернативную картину развития общества . Капиталистическая стадия с необходимостью сменяе т феодальную стадию , и с такой же необ ходимостью на смену капитализму должен прийти коммунизм . Синергетике же чужда идея пред заданности исто р ического хода развити я . Она утверждает , что , хотя набор возможны х эволюционных путей ограничен , из них в силу воздействия случайных факторов может быть выбран тот или иной.
© Рефератбанк, 2002 - 2017