Представление о синергетике

Нелинейность систем приводит к возможности для системы находиться в нескольких разных устойчивых состояниях. В равновесном и неравновесном состояниях существует только одно стационарное состояние, зависящее от значений управляющих параметров. Конечное состояние неравновесных систем зависит от предыстории. Так происходит до тех пор, пока значение управляющего параметра не достигнет критического. Пусть управляющим параметров является параметр, обозначенный L, критическое значение этого параметра обозначим через L_кр. При управляющем параметре L>L_кр появляется два устойчивых решения (рис.8.4), соответствующих стационарным состояниям системы.

Говорят, что при L>L_кр наблюдается бифуркация (в данном примере величины х). Бифуркация (от лат.bifurcus) – раздвоение, вилообразное разделение, разветвление. У системы есть «выбор». В выборе присутствует элемент случайности: макроскопическое уравнение не в состоянии предсказать, по какой траектории пойдёт эволюция системы. «Историческая» траектория, по которой эволюционирует система при увеличении управляющего параметра, характеризуется чередованием устойчивых областей, где преобладают детерминистские законы, и неустойчивых областей вблизи точек бифуркации, где система оказывается перед выбором одного из нескольких вариантов будущего.

Область научных исследований, целью которых является выявление общих закономерностей в процессах образования, устойчивости и разрушения упорядоченных временных и пространственных структур в сложных неравновесных системах различной природы, называется синергетикой. Синергетика возникла в 70-х годах 20 века. Основой синергетики служит единство явлений, методов и моделей, с которыми приходится сталкиваться при исследовании процессов возникновения порядка (организации) из беспорядка в различных областях знания: в химии (реакция Белоусова - Жаботинского), космологии (спиральные галактики), экологии (организация сообществ) и т.п. Возникновение организации может быть обусловлено внешними воздействиями (вынужденная организация) или являться результатом развития собственных внутренних неусточивостей (самоорганизация). Модели синергетики – это модели неравновесных нелинейных систем, подвергающихся действию флуктуаций. В момент перехода упорядоченная и неупорядоченная фазы отличаются друг от друга так мало, что именно флуктуации переводят одну фазу в другую. Если в системе возможны несколько устойчивых состояний, то флуктуации отбирают только одно из них [2,4,5,10,17].

При анализе сложных систем синергетика исследует простейшие основные модели, позволяющие понять и выделить наиболее существенные механизмы «организации порядка» (избирательную неустойчивость, вероятностный отбор, конкуренцию, синхронизацию подсистем и т.п.).

Основными характеристиками степени упорядоченности являются пространственная корреляция, взаимная корреляция (синхронизация) подсистем, энтропия, производство энтропии и др..

Методы синергетики перекрываются методами теории колебаний и волн, термодинамики неравновесных процессов, теории фазовых переходов, статистической физики.

Дата добавления: 2014-01-04