САМООРГАНИЗАЦИЯ


САМООРГАНИЗАЦИЯ
САМООРГАНИЗАЦИЯ

- самопроизвольное (не требующее внеш. организующихвоздействий) установление в неравновесных диссипативных средах устойчивыхрегулярных структур (см. Диссипативные структуры). Первые исследованияявления С. были проведены И. Р. Пригожиным и его коллегами в 1960-е гг.11].Процесс самопроизвольного формирования регулярных структур называют такжепроцессом формообразования, а соответствующую область науки часто называют синергетикой[3].

Наиб. известный и наглядный пример С.- возникновение конвективных решёток(сотовой структуры конвекции) с шестигранными ячейками, ячейками Б е на р а, при подогреве горизонтального слоя жидкости снизу (см. Бифуркация). Приподогреве снизу плоского слоя жидкости развивается т. н. конвектив-наянеустойчивость, связанная с тем, что молекулярный теплоперенос не в состоянииобеспечить температурный баланс между нагретой ниж. поверхностью и охлаждённойверх. поверхностью слоя. Всплывающий в результате действия архимедовойсилы нагретый (более лёгкий) элемент жидкости вытесняет холодную жидкость, <заставляя её двигаться вниз. В результате в слое устанавливается стационарноевращение элементов жидкости, к-рое при визуализации выглядит как структураупорядоченно вложенных роликов или валов. Ориентация валов в достаточнобольшом горизонтальном слое произвольна и зависит лишь от случайных нач. <условий. Характерный масштаб зависит от толщины слоя и параметров жидкости. <В жидкостях, где существенна зависимость параметров от темп-ры, существующиена нач. этапе развития неустойчивости валы с разл. ориентацией в результатеэффекта взаимной синхронизации образуют связанное состояние - решётку сшестигранными ячейками. Возбуждения с любыми др. масштабами (отличнымиот наблюдаемого) подавляются в результате конкуренции.

Параметры установившихся макроскопич. структур не зависят (в нек-рыхпределах) от изменения нач. условий. Они определяются лишь свойствами неравновеснойдиссипативной среды (поля). В этом смысле такие диссипативные структурыестественно назвать автоструктурами, подобно тому как установившиеся колебанияв диссипативной системе с внеш. источником энергии называют автоколебаниями.

Др. пример С.- самопроизвольное образование спиральных волн в двумерномхим. реакторе, в к-ром протекает автокаталитич. реакция типа реакции Белоусова- Жаботинского (см., напр., [2]).

Теория С. представляет собой раздел нелинейной динамики неравновесныхсред и основывается на сравнительно небольшом числе базовых моделей. Простейший(монотонный) процесс формообразования, установления статич. структур описываетсят. н. градиентными моделями. Основная их особенность в том, что существуетфункционал, называемый функционалом свободной энергии, к-рый в процессеэволюции системы может только убывать, достигая при 8015-26.jpgминимума, соответствующего предельному статич. состоянию. В принципе, числотаких минимумов, отвечающих структурам разл. типа, велико (мультистабильность);в неогранич. средах их может быть и бесконечное множество. В зависимостиот нач. условий реализуется тот или иной статич. аттрактор системы. Так, <напр., для ур-ния Свифта - Хоэнберга
8015-27.jpg

где параметр 8015-28.jpgхарактеризует величину квадратичной нелинейности (являющейся, в частности, <моделью конвекции Рэлея - Бенара в горизонтальной ячейке больших размеровпри небольших надкритичностях: в этом случае 8015-29.jpgопределяет, напр., степень зависимости вязкости от темп-ры), имеется неск. <аттракторов, среди к-рых большой областью притяжения обладает аттрактор, <соответствующий правильной решётке с шестигранными ячейками (абс. минимумфункционала свободной энергии). В процессе формирования этой решётки взависимости от нач. условий наблюдаются «метастабильные» структуры (рис.1).

8015-30.jpg

8015-31.jpg

Рис. 1. Многообразие путей установления регулярной шестигранной решёткив модели (1): а - разные маршруты формирования устойчивой решётки; б -конечное состояние с минимальным значением свободной энергии.

8015-32.jpg

Рис. 2. Распределение поля для центрально-симметричной локализованнойструктуры, возникающей из начального беспорядка (в рамках модели (2).

Помимо подобных структур (типа решёток), для процессов С. характернотакже образование локализованных структур (дефекты, дислокации, частицеподобныеструктуры), к-рые также могут быть описаны в рамках градиентных моделей[5]. Напр., в рамках модели, описываемой ур-нием типа ур-ния (1), но сжёстким возбуждением, существуют частицеподобные локализованные состояния, <такие, как на рис. 2.

8015-33.jpg

Рис. 3. Спиральные волны в двумерном химическом реакторе.

Статич. структуры - это лишь одно из проявлений С. Во мн. эксперим. <ситуациях наблюдается установление: вращающихся структур (напр., спиральныеволны - рис. 3); решёток, периодически меняющих свою симметрию [4]; движущихся, <сливающихся и вновь рождающихся локализованных структур (напр., дислокаций[5]). Подобным нестатич. структурам обычно отвечают аттракторы в виде предельныхциклов или маломерных торов. Среди осн. моделей, описывающих эти процессы, <обобщённое ур-ние Гинзбурга - Ландау:
8015-34.jpg

(здесь и- комплексная физ. переменная, зависящая от пространственныхкоординат и времени, а параметры системы вещественны и неотрицательны;8015-35.jpgхарактеризует зависимость частоты осцилляции от их интенсивности,8015-36.jpgопределяет величину диффузии, а 8015-37.jpg- дисперсию пространственную). В рамках этого ур-ния удаётся, вчастности, описывать процесс самозарождения упорядоченных структур в видерешёток, спиралей из начально неупорядоченного состояния [4]. Этот процесспредставляет собой последовательное возникновение элементарных регулярныхвозбуждений разл. масштабов, результат взаимодействия к-рых между собойи есть суть процесса С.

Поскольку системы существенно диссипативны, а образами установившихсядвижений являются простые аттракторы, то действие шумов или внутр. флуктуациинеравновесной среды, как правило, качественно не влияет на процесс С. (конечно, <если эти шумы и флуктуации достаточно малы).

Часто процессы С. противопоставляются процессу турбулизации неравновеснойсреды. В действительности между процессами развития регулярных структури развития турбулентности (пространственно-временного беспорядка)имеется много общего. Прежде всего и для того и для др. процесса наиб. <характерно вовлечение в процесс всё новых возбуждений неравновесной среды. <Только в первом случае (самоорганизация) эти возбуждения синхронизованыдруг с другом, а во втором - наоборот, взаимодействие этих элементарныхвозбуждений рождает случайность (см. Странный аттрактор). Естественно, <что в широкой области параметров неравновесной среды наблюдаются промежуточныесостояния, к-рые нельзя отнести ни к полной С., ни к развитой турбулентности. <Такие состояния обычно называют пространственно-временным хаосом.

Лит.:1) Пригожий И., Н и к о л и с Ж., Биологический порядок, <структура и неустойчивости, «УФН», 1973, т. 109, в. 3, с. 517; 2) ЖаботинскийА. М., Концентрационные автоколебания, М., 1974; 3) X а к е н Г., Синергетика. <Иерархии неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах, пер. <с англ., М., 1985; 4) Нелинейные волны. Динамика и эволюция. Сб. науч. <трудов, под ред. А. В. Гапонова-Грехова, М. И. Рабиновича, М., 1989; 5)Рабинович М. И., С у щ и к М. М., Регулярная и хаотическая динамика структурв течениях жидкости, «УФН», 1990, т. 160, с. 3. В. С. Афраймович, М. <И. Рабинович.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Синонимы:

Смотреть что такое "САМООРГАНИЗАЦИЯ" в других словарях:

  • самоорганизация — самоорганизация …   Орфографический словарь-справочник

  • САМООРГАНИЗАЦИЯ — процессы спонтанного упорядочивания, возникновения пространственных, временных, пространственно временных или функциональных структур, протекающие в открытых нелинейных системах. Нелинейность означает необратимость и многовариантность эволюции,… …   Философская энциклопедия

  • САМООРГАНИЗАЦИЯ — процесс; создания, воспроизводства или совершенствования организации сложной динамические системы. Процессы САМООРГАНИЗАЦИЯ могут иметь место только в системах, обладающих высоким уровнем сложности и большим количеством элементов, связи между… …   Экологический словарь

  • самоорганизация —         САМООРГАНИЗАЦИЯ процессы спонтанного упорядочивания, возникновения пространственных, временных, пространственно временных или функциональных структур, протекающие в открытых нелинейных системах. С. имеет место не только в системах живой… …   Энциклопедия эпистемологии и философии науки

  • САМООРГАНИЗАЦИЯ — САМООРГАНИЗАЦИЯ, естественный, спонтанный процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы. Свойства самоорганизации обнаруживают объекты разной природы: клетка, организм,… …   Современная энциклопедия

  • САМООРГАНИЗАЦИЯ — целенаправленный процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы. Свойства самоорганизации обнаруживают объекты различной природы: клетка, организм, биологическая популяция,… …   Большой Энциклопедический словарь

  • самоорганизация — сущ., кол во синонимов: 1 • организация (82) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • Самоорганизация — целенаправленный процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы. Свойства самоорганизации обнаруживают объекты различной природы: клетка, организм, биологическая популяция,… …   Политология. Словарь.

  • САМООРГАНИЗАЦИЯ — см. Синергетика. Большой психологический словарь. М.: Прайм ЕВРОЗНАК. Под ред. Б.Г. Мещерякова, акад. В.П. Зинченко. 2003 …   Большая психологическая энциклопедия

  • Самоорганизация — САМООРГАНИЗАЦИЯ, естественный, спонтанный процесс, в ходе которого создается, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы. Свойства самоорганизации обнаруживают объекты разной природы: клетка, организм,… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

Книги

Другие книги по запросу «САМООРГАНИЗАЦИЯ» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.