Биология

Биология - Самоорганизация - Диссипативная самоорганизация

08 февраля 2011


Оглавление:
1. Самоорганизация
2. Диссипативная самоорганизация
3. Консервативная самоорганизация
4. Континуальная самоорганизация

Определение, данное Г. Хакеном в 1980-е гг. в рамках синергетики:

«Самоорганизация — процесс упорядочения в открытой системе, за счёт согласованного взаимодействия множества элементов её составляющих».

Характеристики системы:

• открытая;
• содержит неограниченно большое число элементов;
• имеется стационарный устойчивый режим системы, в котором элементы взаимодействуют хаотически.

Характеристики процесса:

• интенсивный обмен энергией/веществом с окружающей средой, причём совершенно хаотически;
• макроскопическое поведение системы описывается несколькими величинами — параметром порядка и управляющими параметрами;
• имеется некоторое критическое значение управляющего параметра, при котором система спонтанно переходит в новое упорядоченное состояние;
• новое состояние обусловлено согласованным поведением элементов системы, эффект упорядочения обнаруживается только на макроскопическом уровне;
• новое состояние существует только при безостановочном потоке энергии/вещества в систему. При увеличении интенсивности обмена система проходит через ряд следующих критических переходов; в результате структура усложняется вплоть до возникновения турбулентного хаоса.

Для однозначности определения термина, его связи с характеристиками системы и процесса, как правило, делается ссылка на один из трёх стандартных примеров самоорганизации:

• лазер — пространственное упорядочение;
• ячейки Рэлея — Бенара — пространственное упорядочение;
• реакция Белоусова — Жаботинского — пространственно-временное упорядочение;

Нобелевский лауреат Илья Пригожин создал нелинейную модель реакции Белоусова — Жаботинского, так называемый брюсселятор. Так как для возникновения упорядочения в таких системах необходим приток энергии или отток энтропии, её диссипация, Пригожин назвал эти системы диссипативными. Вследствие нелинейности, наличия более одного устойчивого состояния в этих системах, в них не выполняется ни второе начало термодинамики, ни теорема Пригожина о минимуме скорости производства энтропии.

По аналогии описания самоорганизующихся систем с фазовыми переходами диссипативная самоорганизация получила название фазового перехода в неравновесной системе.

Методы синергетики были использованы практически во всех научных дисциплинах: от физики и химии до социологии и филологии. Градообразование и нейронные сети описаны как диссипативные структуры. В последнее время практически исчезло использование первоначально необходимого математического аппарата нелинейных уравнений. Это привело к тому, что любая система естественного происхождения, не принадлежащая компетенции равновесной термодинамики, стала рассматриваться как самоорганизованная.

Просмотров: 13012

<<< Адаптивное управление

Сложная адаптивная система >>>