8. Німецька школа Германа Хакена

Термін «синергетика» ввів німецький учений Герман Хакен, було озвучено термін доповіддю "Кооперативні явища дуже нерівноважних і нефізичних системах" в 1973 року. У переведенні він буквально означає «теорія спільної дії» чи як багато хто називає «наука про самоорганізації». Під самоорганізацією у своїй розуміється спонтанний перехід відкритої нерівновагової системи від менш до складнішим і упорядкованим формам організації.

Синергетика знайшла плідні застосування при дослідженні моторної діяльності людини і функціонування самого складного з відомих об'єктів-самопізнає людського мозку. Людському аспекту синергетики присвячено кілька томів у серії із синергетики, що випускається німецьким видавництвом «Шпрінгер-Ферлаг» під загальним керівництвом проф. Г. Хакена.

Наприклад, проведений Келсо і Хакеном аналіз моторної активності людини виявив деякі несподівані факти, а проведений А. Балояну і її співробітниками аналіз хаотичної електричної активності головного мозку сплячої людини привів до несподіваного результату: з'ясувалося, що число керуючих параметрів настільки складного стану напрочуд мало.

Синергетика Хакена - це мова, на якому зручно і природно описувати життя складних систем і, зокрема, явище самоорганізації - спонтанне виникнення структур, а її понятійний апарат дозволяє розглядати все, що відбувається «зверху вниз» - від цілого до деталей, а не «знизу вгору »- від деталей до цілого, як це прийнято при редукціоністському підході. Оборотне стиснення інформації, здійснюване в синергетики при переході від численних параметрів стану до нечисленних параметрами порядку, дозволяє, минаючи деталі, описувати і розуміти емержентні властивості і самоорганізацію цілого, що особливо важливо у випадку таких складних систем, як людина, її нервова система, зокрема головний мозок, і різні співтовариства - культурні, соціальні, економічні і т. п., - де далеко не всі деталі відомі та зрозумілі.

Синергетика Г.Хакена має своїх попередників:

Ч.Шеррінгтон, який назвав синергетичою узгоджену дію нервової системи при управлінні м’язовими рухами;

Улам, який говорив про синергію у формі безперервної співпраці між комп’ютером і оператором; також вніс великий внесок в розвиток деяких математичних методів, зокрема, методу Монте-Карло.

І. Забузький, який прийшов до висновку про необхідність єдиного синергетичного підходу до нелінійних математичних і фізичних задач.

Формування синергетики в сучасному розумінні почалося з того, що 1970 Грехем і Хакен в Німеччині і Де Джирмо і Скуллі в Італії незалежно один від одного відмітили аналогію між фазовими переходами в речовинах і процесах випромінювання лазерів. До того часу вже була розроблена теорія фазових переходів, яка описувала явище переходу фізичних тіл з одного стан в інший з загальної позиції. Це теорія охопила всю фізику, оскільки фазові переходи міняють різні властивості тіл: механічні, оптичні, магнітні, електричні і інші. Лазери були винайдені в кінці 50-х років 20ст. Аналогію між лазерним випромінюванням і фазовими переходами рівняння для них практично співпали. Різними в цих рівняннях були лише фізична суть величин. Хакен відмітив, що в обох випадках відбувається самоорганізація зв’язана з кооперативною поведінкою.

Він звернув увагу на явище створення гідродинамічних шестигранних структур, які нагадують бджолині соти, на поверхні в’язкої речовини, налитої шаром в посуду, яка підігрівається знизу, відкритим Х. Бенаром. Комірки Бенара або Релея — Бенара — упорядковані конвективні осередки у формі циліндричних валів або правильних шестигранних структур в шарі в'язкої рідини з вертикальним градієнтом температури, тобто середовище з рівномірним підігрівом знизу. Комірки Релея — Бенара є одним з трьох стандартних прикладів самоорганізації, поряд з лазером і реакцією Белоусова —Жаботинського. Керуючим параметром самоорганізації служить градієнт температури. Внаслідок підігріву в спочатку однорідному шарі рідини починається дифузія, внаслідок чого виникають неоднорідності щільності. При подоланні деякого критичного значення градієнту, дифузія не встигає привести до однорідного розподілу температури в об'ємі. Виникають циліндричні вали, що обертаються назустріч один одному (як зчеплені шестерні). При збільшенні градієнту температури виникає другий критичний перехід. Для прискорення дифузії кожен вал розпадається на два вали меншого розміру. При подальшому збільшенні керуючого параметра вали дробляться і в межі виникає турбулентний хаос, що чітко видно на біфуркаційній діаграмі або дереві Фейгенбаума У тонкому шарі при підігріві знизу утворюються комірки правильної гексагональної форми, усередині яких рідина піднімається в центрі й опускається гранями комірки . Така постановка експерименту історично була першою, однак тут насправді спостерігається конвекція Марангоні, що виникає за рахунок дії сил поверхневого натягу і залежності їх від температури рідини.

Аналогія між комірками Бенара і фазовими переходами. В випадку комірок використовується тільки потік теплової енергії ззовні, шар в'язкої рідини само організується створюючи нову структуру. В лазерах під впливом енергетичної накачування ззовні випромінювання робочого тіла лазера само організується – із хаотичного стає когерентним.