Роль флуктуацій в процесах самоорганізації

Флуктуаціями (лат. fluctuatio — коливання) називаються випадкові відхилення від середнього значення фізичних величин, що характеризують систему з великої кількості частинок (в певній області простору чи в певний меомент часу). Викликаються тепловим рухом частинок або квантово–механічними ефектами.

Величини флуктуацій у фізиці зазвичай оисуються середньо–квадратичним відхиленням.Флуктуації відіграють велику роль у різних фізичних процесах. Наприклад, блакитний колір неба зумовлений релеївським розсіюваннім світла на флуктуаціях густини повітря.

Для екстенсивної фізичної велинчини, тобто величини, значення якої збільшується з розмірами тіла чи к–сті частинок в ньому, величина флуктуацій у стані термодинамічної рівноваги пропорційна кореню квадратному з к–сті частинок. Відносна величина флуктуації обернено пропорційна кореню з числа частинок. З огляду на це відносні флуктуації екстенсивних термодинамічних величин для макроскопічних тіл дуже малі.

Нестікість здатна розгойдати флуктуацію до макрорівневої величини, яка вже не компенсується ентропійними процесами, а, отже й може визначати подальшу еволюцію системи.

Коли нова структура виникає унаслідок флуктуації, остання не може відразу "перемогти" початковий стан. Вона спочатку має встановитися у деякій скінченій області виграючи конкуренцію з іншими флуктуаціями, а вже аж потім заполонити весь простір. Тобто існує певний механізм нуклеації. В залежності від того, розміри початкової області флуктуації лежать нижче, чи вище деякого критичного (порогового) значення, флуктуація або затухає, або поширюється на всю систему переводячи її у новий макроскопічний стан

Щоб процеси самоорганізації мали місце, необхідно, щоб одні флуктуації отримували підживлення ззовні і тим самим мали перевагу над іншими.

Флуктуації розглядаються в концепціях самоорганізації як нешкідливі, і тільки зовнішні дії роблять більш–менш значний вплив. Останнім часом в це положення вносяться суттєві корективи, що стосуються, зокрема, "природного відбору" флуктуацій: щоб процеси самоорганізації мали місце, необхідно, щоб одні флуктуації отримували підживлення ззовні і тим самим мали перевагу над іншими флуктуаціями. Проте і в цьому випадку недооцінюється роль в русі системи флуктуацій внутрішнього походження. Лише теорія катастроф вказує на те, що стрибок може бути наслідком одних лише внутрішніх флуктуацій.

Якщо в матеріалістичній діалектиці недооцінювалася роль середовища, то в концепціях самоорганізації – роль самої системи (та її підсистем) у її розвитку.

Останнім часом концепції самоорганізації стали відводити внутрішнім флуктуаціям більшу роль, ніж раніше. Про це свідчить типологія флуктуацій, що наводиться нижче, згідно з якою розрізняються вільні коливання, вимушені і автоколивання. До вільних відносять коливні рухи, поступово затухаючі в реальній системі (як загасають коливання вільно підвішеного маятника), що досягає, таким чином, стану рівноваги. Вимушені флуктуації виникають при впливі на систему, що здійснює коливання зовнішньої сили (наприклад, людини, що підштовхує маятник), в результаті якого система раніше чи пізніше буде флуктувати з частотою і амплітудою, що нав'язуються зовнішнім впливом. Автоколивання – це незгасаючі, самопідтримуючі коливання, що відбуваються в дисипативних (макроскопічних відкритих, далеких від рівноваги) системах, тобто системах, що визначаються параметрами, властивостями і природою самої системи. Вимушені коливання і автоколивання характерні для відкритих систем, а вільні – для закритих, прагнуть до рівноваги. Вплив на систему як зовнішніх, так і внутрішніх флуктуацій різних видів (включаючи резонансні з системою) засновано на дії двох ефектів: петлі позитивного зворотного зв'язку і кумулятивного ефекту. Петля позитивного зворотного зв'язку робить можливим у далеких від рівноваги станах посилення дуже слабких збурень до гігантських, що руйнують сформовану структуру системи, хвиль, що приводять систему до революційної зміни – різкого якісного стрибка. Такий підхід може допомогти глибше розібратися в природі багатьох соціально–економічних процесів, включаючи економічний розвиток, економічні цикли, НТР і т.д.

Кумулятивний ефект полягає в тому, що незначна причина викликає ланцюг наслідків, кожний з яких все більш істотний. Нерідко він безпосередньо пов'язаний з петлею позитивного зворотного зв'язку. Флуктуації, що впливають на систему, в залежності від своєї сили можуть мати зовсім різні для неї наслідки. Якщо флуктуації відкритої системи недостатньо сильні (особливо це стосується флуктуацій керуючого параметра або підсистеми), система відповість на них виникненням сильних тенденцій повернення до старого стану, структурі або поведінці, що розкриває глибинну причину невдач багатьох економічних реформ. Якщо флуктуації дуже сильні, система може зруйнуватися. І, нарешті, третя можливість полягає у формуванні нової дисипативної структури та зміну стану, поведінки та / або складу системи. Будь–яка з описаних можливостей може реалізуватися в так званій точці біфуркації, що викликається флуктуаціями, в якій система зазнає нестійкість.

Дата добавления: 2015-05-08