http://www.uni-dubna.ru/kafedr/mazny/sinergy/3.htm

СИНЕРГЕТИКА Некоммерческий методический сайт "СИНЕРГЕТИКА" создан бакалавром Международного Университета природы, общества и человека "Дубна" А.С. Власовой под руководством доцента Г.Л.Мазного.

Сайт предназначен для ознакомления студентов университета и всех желающих с основными положениями и достижениями синергетики и для стимулирования научных и методических разработок.

В сайте цитируется имеющаяся в свободном доступе литература и источники в Интернет (см.ссылки)

Введение

Причины возникновения синергетики

Синергетика Хакена

Что такое синергетика?

Из чего состоит синергетика

Кинетика существенно неравновесных состояний

Неравновесная термодинамика открытых систем

Диссипативные системы

Теория катастроф

Применения синергетики в других областях(статьи)

Заключение

Литература и полезные ссылки

Введение Причины возникновения синергетики, ее отличия от представлений, выработанных раньше

Сравним системы, существующие в природе, с теми,которые созданы человеком.

• Для существующих в природе систем характерна устойчивость относительно внешних воздействий, самообновляемость, возможность к самоусложнению, росту, развитию, согласованность всех составных частей.

• Для созданных человеком систем характерны — резкие ухудшения функционирования даже при сравнительно небольшом изменении внешних воздействий или ошибках в управлении.

Вывод: нужно позаимствовать опыт построения организации, накопленный природой, и использовать его в нашей деятельности. Отсюда вытекает одна из задач синергетики — выяснение законов построения организации, возникновения упорядоченности. Здесь акцент делается на принципах построения организации, ее возникновении, развитии и самоусложнении. При решении самых разных задач от физики и химии до экономики и экологии создание и сохранение организации, формирование упорядоченности является либо целью деятельности, либо ее важным этапом. Приведем два примера: 1. Задачи, связанные с управляемым термоядерным синтезом. В большинстве проектов самый важный момент — создание необходимой пространственной или пространственно-временной упорядоченности. 2. Формирование научных коллективов, где активная творческая работа большинства сотрудников должна сочетаться с возможностями совместно решать крупные задачи. Такой коллектив должен быть устойчив и быстро реагировать на все новое. Какова оптимальная организация, позволяющая добиваться этого?     Вопрос об оптимальной упорядоченности и организации особенно остро стоит при исследованиях глобальных проблем — энергетических, экологических, многих других, требующих привлечения огромных ресурсов. Здесь нет возможности искать ответ методом проб и ошибок, а "навязать" системе необходимое поведение очень трудно. Гораздо разумнее действовать, опираясь на знание внутренних свойств системы, законов ее развития. В такой ситуации значение законов самоорганизации, формирования упорядоченности в физических, биологических и других системах трудно переоценить.     Другая причина, обусловившая создание синергетики, — необходимость при решении ряда задач науки и техники анализировать сложные процессы различной природы, используя при этом новые математические методы.     Классическая математическая физика (т. е. наука об исследовании математических моделей физики) имела с линейными уравнениями. Формально это уравнения, в которые неизвестные входят только в первой степени. Реально они описывают процессы, идущие одинаково при разных внешних воздействиях. С увеличением интенсивности воздействий изменения остаются количественными, новых качеств не возникает. Область применения линейных уравнений необычайно широка. Она охватывает классическую и квантовую механику, электродинамику и теорию волн. Методы их решения, разрабатывавшиеся в течение столетий, обладают большой общностью и эффективностью.     Однако ученым все чаще приходится иметь дело явлениями, где более интенсивные внешние воздействия приводят к качественно новому поведению системы. Здесь нужны нелинейные математические модели. Их анализ — дело гораздо более сложное, но при решении многих задач он необходим. Это приводит к формированию широкого фронта исследований нелинейных явлений, к попыткам создать общие подходы, применимые ко многим системам(к таким подходам относится и синергетика). Современная наука все чаще формулирует свои закономерности, обращаясь к более богатому и сложному миру нелинейных математических моделей.

Синергетика Хакена

    Термин "синергетика" происходит от греческого "синергена" — содействие, сотрудничество, совместные действия. Предложенный Г. Хакеном, этот термин акцентирует внимание на согласованности взаимодействия частей при образовании структуры как единого целого.     Большинство существующих ныне учебников, справочников и словарей обходят неологизм Хакена молчанием. Заглянув в энциклопедии последних изданий, мы с вероятностью, близкой к единице, обнаружим в них не синергетику, а "синергизм" (1.Совместное и однородное функционирование органов (например, мышц) и систем; 2. Комбинированное действие лекарственных веществ на организм, при котором суммарный эффект превышает действие, оказываемое каждым компонентом в отдельности). Фигура умолчания объясняется не только новизной термина "синергетика", но и тем, что X - наука, занимающаяся изучением процессов самоорганизации и возникновения, поддержания, устойчивости и распада структур самой различной природы, еще далека от завершения и единой общепринятой терминологии (в том числе и единого названия всей теории) пока не существует. Синергетику Хакена легко описать: все, что о ней известно, содержится в множестве

 Synergetics={X1, X2, ... , Xn}

где  Xi — i-й том выпускаемой издательством Шпрингера серии по синергетике [2-8]. Множество это конечно, но число элементов в нем быстро возрастает[16].     Разработанная почти полвека назад, эта программа становится особенно актуальной в наши дни существенной "делинеаризации" всей науки. Без наглядных и емких физических образов, адекватных используемому аппарату, немыслимо построение общей теории структур, теории существенно нелинейной.  

Что такое синергетика?

    На этот вопрос можно дать несколько ответов.

•     Во-первых, буквальный.Речь идет о явлениях, которые возникают от совместного действия нескольких разных факторов, в то время как каждый фактор в отдельности к этому явлению не приводит.

•     Во-вторых, синергетику часто определяют как науку о самоорганизации. Последнее означает самопроизвольное усложнение формы, или в более общем случае структуры системы при медленном и плавном изменении ее параметров (ячейки Бенара).

Ячейки Бенара

   Явление состоит в следующем. В плоском сосуде с жидкостью, равномерно подогреваемом снизу, самопроизвольно образуются конвективные вихревые течения, если мощность подогрева превосходит некое критическое значение. Вихри образуют регулярную структуру. Эта структура образуется в результате конкуренции (а также совместного действия) нескольких процессов: теплопроводности, гидродинамической конвекции и теплопередачи. Если мощность подогрева ниже критической, то никаких вихрей не образуется, жидкость остается однородной. Неоднородная регулярная структура возникает сама при увеличении параметра — температуры подогрева; в этом и заключается суть явления. Можно привести много примеров подобного рода: образование перистых облаков, геологических структур и т. п. Усложнение формы зародыша живого организма при его развитии (т. е. морфогенез) относится к тому же классу явлений.

Сейчас также самопроизвольно возникающие образования объединяются под общим названием — диссипативные структуры (термин предложен И.Р. Пригожиным).

Примером самоорганизации во времени является самопроизвольное возникновение автоколебаний. Обыкновенные часы, как известно, стоят, если напряжение пружины ниже критического, но начинают работать в периодическом режиме с определенным периодом, если напряжение выше критического. Примеров таких автоколебательных процессов великое множество. В физике и химии это периодические реакции. В живой природе к таковым относятся все биологические ритмы. Важный класс явлений пространственновременной самоорганизации — так называемые автоволны (термин предложен Р. В. Хохловым). Наиболее известный и в то же время яркий пример — распространение импульса по нервному волокну. В двухмерной и трехмерной средах (например, в сердечной мышце) это же явление выглядит еще ярче и богаче: тут могут образовываться спиральные волны, тороидальные структуры, концентрические волны и т. п. Здесь, как и в предыдущих случаях, явление исчезает (или возникает) при медленном изменении параметров активной среды.     Особый класс явлений самоорганизации — самопроизвольное возникновение хаоса, а из хаоса — регулярной структуры. Это мы обсудим позже и более детально в связи с генерацией информации.