Autoorganizarea - un proces ireversibil de auto-ordonare, care are loc în sistem non-liniar deschis, prin care, ca urmare a elementelor de interacțiune de cooperare (podststem) dobândește, sistemul se menține și îmbunătățește structura sa. Auto-organizarea este un proces elementar și o parte integrantă a procesului de evoluție. Studiul de auto-organizare este angajat în știință Synergetics (din synergetike greacă -. Cooperare, acțiune comună). Fondatorii acestei științe sunt G. Haken și I. I. Prigozhin. Synergetics a stabilit o serie de condiții și a explicat cele mai importante regularități ale proceselor de auto-organizare.
În primul rând, complexitatea structurii și reducerea posibilă confuzie într-un sistem deschis, care este capabil să proceseze substanța de intrare și ea curge și energia este îndepărtată în entropiei.
În al doilea rând, sistemul deschis trebuie să fie suficient de îndepărtat de starea de echilibru. În conditiile unui puternic echilibru, departe de echilibrul termodinamic, la valori ale unor parametri deasupra pragului, critice. Odată cu depășirea valorii pragului de dezechilibru, sistemul deschis începe procesul de auto-organizare. Criteriul pentru capacitatea sistemului de a genera noi structuri comandate este scăderea entropiei sistemului datorită exportului său în mediul înconjurător.
În al treilea rând, în condiții de neechilibru puternic, se manifestă neliniaritatea sistemului, conexiunile directe și inverse (pozitive și negative). Asigurarea capacității sistemului de schimbări structurale în direcția complicațiilor și stabilizării schimbărilor. În același timp, reacțiile pozitive (efectul consolidează cauza) contribuie la creșterea schimbărilor. și negativ (consecința slăbește cauza) - stabilizarea statului. Competiția lor oferă auto-organizare. Dinamica unui astfel de sistem este descrisă de ecuații diferențiale neliniare.
În al patrulea rând, autoorganizarea poate începe numai în sistemele care conțin un număr suficient de elemente (de mai sus, critice) care interacționează. În acest caz, tranziția de la o stare neordonată la una ordonată are loc datorită acțiunii comune, cooperative, sincrone a multor subsisteme (elemente). Co-operativitatea (coerența, coerența) este o caracteristică comună a proceselor de auto-organizare. Mai jos vom lua în considerare alte condiții necesare pentru apariția unei autoorganizări în sisteme de natură diferită. Este mai bine să faceți acest lucru pe exemple specifice.
Sistemele fizice tipice de auto-organizare sunt lichide laser și structurate.
Laserul ca sistem de auto-organizare. Laserul (amplificarea luminii prin emisia stimulată de radiație - amplificarea luminii ca rezultat al emisiei stimulate) este un generator optic cuantic. În spațiul interstelar, a fost detectată generația naturală de laser. Să ne gândim la funcționarea unui laser rubinic. La o putere scăzută a pompei, laserul funcționează ca o sursă normală de lumină. Pornind de la o anumită valoare de prag a puterii de pompare, toți atomii co-emit lumina într-o singură fază, adică comportamentul cooperativ de atomi și radiații apare. Auto-organizarea a avut loc în sistem (Figura 5.5). Lampa de pompare incoerentă (dezordonată) și-a schimbat proprietățile, transformându-se într-o lumină organizată a radiației laser. Ea a devenit coerentă, amplificată în direcția emisiei, îngustă în termeni spațiali și spectrali.
Atributele majore ale laserului de lucru ca un sistem de autoorganizare sunt: un invers (revers) populația de atomi ai substanței active a nivelurilor ridicate de energie - sistem de non-echilibru, care este sprijinit de lumina pompa (în atomii stare normală tind să ocupe niveluri scăzute, în „umflat“ - atomi excitați); cooperativitatea în comportarea atomilor excitați și a fotonilor emise de acestea; caracterul de prag al apariției procesului de autoorganizare.
Fig. 5.6. Apariția unei structuri de tip fagure la # 916; T ≥ # 916; Tkr. create de
căldură Q. Spirala răsucirii în celule: R - dreapta, L - stânga.
IR Prigozhin a numit structuri disipative structuri ordonate. Motivul pentru răsucirea lichidului din celula în condiții de dezechilibru puternice sunt efecte neliniare în (hidrodinamica lichide descrise ecuații diferențiale neliniare). Rotația opusă în celulele vecine a perturbat simetria sistemului, devenind asimetrică. A doua caracteristică surprinzătoare a sistemului este un comportament coerent sumă ordonată, coerentă, foarte mare de particule - molecule. O celulă de Benard în apă conține 10 21 de molecule. Și un număr atât de mare de molecule demonstrează un comportament complex. A treia caracteristică este bivarianța, adică prezența a două diferite (dar simetrice) pentru acest comportament a particulelor într-o anumită celulă: spirala dreapta (R) și o mișcare de stânga în spirală (L) în care selectarea variantelor aleatorii. A patra caracteristică a sistemului - stabilitatea alternanta celulelor care rezultă, de exemplu, R - L. în condiții constante de neechilibru poate fi stocată pe termen nelimitat. Și a cincea caracteristică a structurii dinamice este reproductibilitatea perfectă a experimentului: sistemul multiplu trece printr-o barieră critică structura celulară apare din nou. Caracteristicile ultimelor trei regularități vor fi luate în considerare în detaliu.
Dualism: șansă și siguranță. În fenomenul de structurare a unui lichid, atunci când sistemul este depășit în mod repetat, două caracteristici îndreptate opus sunt văzute într-o anumită privință, adică, se observă un dualism al proprietăților. Prima este reproductibilitatea apariției unei structuri celulare într-un experiment multiplu repetat, adică determinismul strict (certitudinea). În Fig. 4.7 acest determinism este reprezentat de linia a.
Fig.5.7 Determinism și aleatorie în formarea unei structuri celulare
la. Locul de origine al fluctuațiilor determină soluția:
A doua caracteristică este că, de fiecare dată când depășirea sistemului de barieră () direcția de rotație în celulele imprevizibile și necontrolabile. perturbație aleatoare, fluctuație decide ce va fi rotită în celula utilizată: R sau L. Deoarece locul de apariție a fluctuațiilor pe termen nelimitat, alegerea soluțiilor de sistem este, de asemenea, aleator (Fie B1 sau B2.). Deci, aici există o certitudine par minunat (apariția celulelor) și posibilitatea de (direcția de rotație în celulă), adică dualism proprietate, am observat anterior în Biologie (mutație - selecție naturală) și fizică (undă - particulă).
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: