отворени системи
Отворена система - система, която обмен материя и енергия с околната среда. Налице е собственост на отворени системи, които са далеч от равновесие: те са нестабилни и се връща към първоначалното състояние е по избор. В един момент, наречен бифуркация (разклонения) поведение на система става двусмислен.
Ако има нестабилност променя ролята на външни влияния. При определени условия, незначителен ефект върху отворената система може да доведе до значителни непредвидени последствия (нестабилност разкриване).
В отворени системи са далеч от равновесие, има съвпадение ефекти, когато елементите на системата, за да се съпоставят поведението над макроскопски разстояния чрез макроскопски интервали от време. Такова кооперативно, последователно поведение е характерно за системи за различни видове молекули, клетки, неврони и др индивиди и
В резултат на последователни взаимодействия настъпят процеси подреждане на поява на хаоса определени структури, ги и усложнения превръщане. Най-голямо отклонението от равновесие, толкова по-голям обхват на зависимости и връзки, толкова по-последователността на процесите, появяващи се дори в отдалечени райони и на пръв поглед несвързани помежду си. Обработва се характеризира нелинейност, наличието на обратна връзка и свързаните с него въздействие върху способността за управление на системата.
Теорията гласи, далеч от равновесие е резултат от синтеза на трите области на научни изследвания:
1. Разработване на методи за описване по същество nonequilibrium процеси въз основа на статистическата физика. Като част от тази тенденция са кинетичния модел, дефинирани параметри, необходими за да се опише, идентифицира корелации, мащабни колебания, моделите на преход се намират в състояние на равновесие.
2. Развитие на термодинамиката на отворени системи, изучаването на стационарни състояния, да остане стабилна в рамките на определен набор от външни условия, търсенето на самостоятелно условия, т.е.. Д. Появата на поръчаните структури с нарушена. Доказано е, че процесите за разсейване на енергията са от съществено значение за самоорганизация, така че в резултат структури се наричат разсейване.
G.Haken предложи да наричаме тази област на изследвания на синергия (от "sinergetikos" гръцки - съвместна, съгласувани действия).
3. Определяне на качествените изменения на разтвори на нелинейни диференциални уравнения, които определят състоянието далеч от равновесие, в зависимост от входните параметри. Този клон на математиката, наречени катастрофа теория. С помощта на високо качество на реконструкция на обща структура, описани решения - катастрофа на ограничителната стабилност и променя състояния на конструкцията.
Синтезът на тези три области е дал нова област на познанието, и ангажиране описание се посочва, далеч от равновесие. С нейна помощ е възможно да се формулира общ подход за целия набор от явления на природата и обществото. Тя се нарича по различен начин: в синергия, теория на отворените системи, теория на разсейване структури, термодинамиката на необратимите процеси. Има имена, свързани с качествата на нестабилност, нелинейност.
Отправната точка за това проучване е класическите кинетиката на процесите в газове, работата е започнала J. Максуел и Болцман.
След разширяването на сферата на научните изследвания бе на слабо nonequilibrium система в различни среди и условия. От 1950 г. започва широко проучване на системите, които са далеч от равновесие се дължи на действието на силни полета и силна радиация от различно естество.
На сцената имаше нов фактор - квантовани енергийните състояния на молекулите. Преди, в действителност, това се счита само транслационно движение на безструктурни частици. Ако силно отклонение от равновесното състояние възбуждане включва различни степени на свобода на молекулите - на въртене, вибрационна, електронни. Налице е необходимост за подробно описание на квантовата структура материал. В тези условия, частиците не могат да се считат безструктурни, и е необходимо да се помисли за тяхното развитие в пространството фаза на много степени на свобода.
Свойства на атоми и молекули в различни енергийни състояния са различни. За сметка на неравновесни процеси е бързото разпространение на популациите на голям брой думи, и то не се знае кои от тях ще бъде в дадена система, най-реактивни. Поради това, реакцията на същество nonequilibrium система на външни стимули може да бъде неочаквано. Един пример е дисоциацията на многоатомни молекули (anharmonic осцилатори) при охлаждане в газ изпомпване на енергия. Този ефект се използва за производство на свободни атоми при ниски температури, което играе важна роля в развитието на химически лазери. Друг пример за не-тривиално поведение на системата е по същество не-равновесие преходно охлаждане на въглероден диоксид при усвояването резонанс на радиация CO2 молекула.
В този случай, на принципа, че разглеждането на отворени системи, външните параметри играят ролята на регулаторните органи, с който можете да управлявате процесите. Много важен момент е, че консумацията на енергия за работа чрез тези регулатори е много по-малко от необходимото за постигане на същия ефект равновесни условия. И за ефективността на действията зависи от степента на неравновесни системи.
В някои случаи, елементи на системата започва да работи в не-равновесни условия в концерт, разкривайки функции не присъщи на отделните частици. Тези общи характеристики се наричат съгласувани или съвместни свойства. В подхода на системата до състояние на равновесие е първият унищожен последователна комуникация, а след това съобщение, се определя от населеното място на енергия. Съгласуване корелации определят чрез появата (взаимовръзките и взаимозависимостите) между частиците. Математически, това се изразява в необходимостта да не разгледа една функция разпределение на частиците, както и няколко взаимодействие. NNBogoliubov разработи единен подход се вземе предвид цялата функциите на разпространение - веригите на уравнения за последователни функции на увеличаване на броя на взаимодействащите частици.
Този метод се нарича BBGKI верига, наречени учени, които са допринесли значително за развитието им: Боголюбов, М. Борн, H.Grin, I.Kirkvud, J. Ивон. Тъй като п променливи функция Fn (х1, х2. Xn-1, т) взема под внимание съотношението на N частици. Ако съотношението намалява и мащаба взаимодействат само N-1 частици, процесът продължава към FN-1 (х1, Xn-1, т х2.) Функция. Когато изглаждане неравновесие (преход към състояние на равновесие) корелации са унищожени, намалени набор от функции необходими за описание на поведението на системата, и функциите са зависими от по-малко и по-малко частици.
В границата, има само функция разпределение един частици, които са в основата на обичайните уравнението на кинетика.
метод BBGKI верига е изключително важно в nonequilibrium статистическа физика. Това е по същество един нов подход към проблема за необратимост. В системата за затворени динамика уравнения (класически или квантов) са обратими, т.е.. Е. Замяната на тон от -t тях не се променя. В счупване верига е прекъсната, когато съотношението на по-висок ред, не е необратимо. В този случай, причината за необратимост е ясно видима.
корелация затихване може да бъде причинено от външни влияния. Но все повече и подреден система, толкова по-мащабни корелациите. Това означава, че те действат между голям брой частици на големи разстояния и в продължение на дълъг период от време. Следователно, трябва по-малко влияние при неспазване на това сложно корелация. И тъй като абсолютно никакви изолирани системи, необратимостта на нашия свят се крие в същността на нещата, по силата на универсалната връзка.
В случай на изолирани (затворени) системи, в които не съществуват обмен с външната среда, необратимостта изразено от известния втория закон на термодинамиката, според който там е функция на променливите на състоянието на системата се променя монотонно в процеса на сближаване със състоянието на термодинамично равновесие. Обикновено в ентропията е избран като функция на състоянието, и втория закон е формулиран, както следва: ". Ентропията производно по отношение на времето не е отрицателен" Традиционно, това твърдение се интерпретира като "тенденция към увеличаване на заболяването" и "производство ентропия".
В случай на неизолирани системи, които обменят енергия с околната среда или на материала, промяната в ентропията се причинява от процеси в системата (производство ентропията) на и обмен с външната среда (ентропията поток). Ако ентропия производството в съответствие с втория закон на термодинамиката не е отрицателен, а след това на "ентропия поток" може да бъде както положителна, така и отрицателна. Ако ентропия поток е отрицателен, а след това на определен етап от еволюцията може да се случи най-общо намаляване на ентропията. Наскоро, в съответствие с традиционната интерпретация, това означава, че "в хода на еволюцията неправилност ще намалее поради изтичането на ентропията."
Примери за самоорганизация в неживата природа
H. Benard клетка. Класически пример е наличието на структура Benard конвекция клетка. Ако тенджерата с гладка долна излее минерално масло, за да се смеси с по-голяма яснота, фини алуминиеви стружки и да започне да се загрява, получаваме доста визуален модел на самоорганизиращи отворени системи. Когато малка температурна разлика пренос на топлина от по-ниска към горния слой на масло е само поради термичната проводимост, и маслото е типичен отворена хаотична система. Но в определена критична температурна разлика между долните и горните слоеве на маслото в него като подредена структура под формата на шестоъгълна призма (конвекция клетки), както е показано на фигура 1.
В центъра на клетъчната масло се издига и спуска по ръбовете. В горния слой на шестоъгълна призма тя се движи от центъра на призмата на своите ръбове, дъното - от краищата към центъра. Важно е да се отбележи, че за стабилността на корекцията на потока течност е необходимо отопление, и това се случи по-последователен. , А структура поддържане на максимална скорост на топлинния поток. Тъй като системата комуникира с околната среда само топлината и стабилно състояние (Т1) получава топлина толкова, колкото дава (при T2 <Т1), то
т.е. вътрешната структура (или самоорганизация) се поддържа поради усвояването на отрицателна ентропия или отрицателна ентропия на околната среда. Това конвективния клетка, оформен в атмосферата, когато не хоризонтална спад на налягането.
лазерна операция. Работната среда е твърд рубин лазер прът, краищата на които са определени две качествен огледало (резонатор). С мощен лампа помпа рубинени атома идват в възбудено състояние и започват да се отделят. Първоначално им излъчване е случаен и независими един от друг, и лазерът работи като обикновените крушки. Но в определен (критичен) стойност на мощността на помпата се случва рязък преход на случаен принцип действието на лазерното лъчение с вътрешно непротиворечива. Колективните атома става последователно радиация, т.е. наредено.
Химическа часовник. Самоорганизация в химически системи, свързани с приема на нови вещества от външната страна, които да гарантират продължаване на реакцията, както и премахване на отпадъци в околната среда.
Следва да се отбележи, че нестабилни колебания достигат около равновесните условия далеч от равновесие. (Приблизително стабилни стабилни състояния като периодично трептене невъзможно)
Опитите да се обясни механизмите на самоорганизация, която започна по същество, през 18 век, не е бил пощаден и социалните науки. Основателят на класическата икономика Адам Смит (1723-1790) в основния си труд "Проучване на природата и причините за Богатството на народите" е показал, че спонтанния ред на пазара е резултат от взаимодействието на различни, често противоположни стремежи, цели и интереси на участниците. Това взаимодействие води до създаването в никакъв случай не по разписание, за която се изразява в баланса на търсенето и предлагането. Адам Смит използва метафората за "невидимата ръка", който регулира от пазарната цена.
Стохастичен модел на формиране на общественото мнение е построен Хакен в своята книга "Synergy". Тук основната трудност е бил изборът на макроскопски променливи, които описват Дружеството. Хакен отне доста прост пример. Той се използва като параметри реда на броя на индивидите със съответните изглед - за (+) и минус (-). След формирането на общественото мнение описва промяната на тези номера. При липса на външни влияния са два възможни резултати. Поради честите промени на гледни точки превръща разпределение единично място на опити в групата, и със значителни връзки стабилност между индивидите са оформени две противоположни изглед, съответстващ на поляризация на обществото. Този модел може да се обясни качествено нестабилната обстановка, където характерната социалния статус, в зависимост от връзката на физическите лица, близки до критичната стойност (точка на разклонение).
Synergetics и икономиката. Както вече споменахме, самоорганизиращи се системи - отворени системи, свободно обменят с външната среда и други системи на енергия, материали и информация. В случай на пазара - това е свободното движение на капитали, труд и стоки. Целенасочена дейност на субекти - участници в условията на външни влияния и конкуренция прави системата асиметричен и не-равновесие, т.е. той се оттегли от равновесно състояние (максимална ентропия).
Сътрудничество и конкуренция на фирмите са самоорганизиращи се процеси. Когато е необходимо, в синергия пазар моделиране като самоорганизираща се система, с цел максимизиране на печалбата за решаване на баланс уравнения диференциални, използвайте компютърните системи на обработка на информация, новите информационни технологии.
В неравновесни системи, в допълнение към познаване на уравненията на баланса, че има проблем на формализация и счетоводни отношения на ред и безредие (или ентропия и отрицателна ентропия). Този проблем не е толкова просто. Пазарът се появява тук като индикатор за бързо откриване на бавно движещи се стоки, чието производство не е рентабилно и води до увеличаване на ентропията.
Висококачествени продукти, високо търсене и обема на високо производство (всички положителни отзиви), напротив, увеличават negentropy, ред, тъй като ускорява процесите на производство и обмен, повишаване на заетостта, по-добре отговаря на нуждите на обществото, повишаване на жизнения стандарт на хората. След известно време, с разширяването на въпроса има насищане на пазара на този продукт, идва един момент на равновесие между търсенето и предлагането, но конкуриращи се фирми не са се справили по това време новите продукти, пуснати на пазара на нови продукти с по-високо качество. Стоково-паричните отношения да станат активни отново. И когато много производители, новите предложения, идващи непрекъснато. Така че поддържа неравновесие на пазара и ефективността на икономическата система.
Синергистични координати, за да се опише еволюцията. Спирала за развитие. Развитие на явлението може да се разглежда като борба между две противоположни тенденции: организацията и дезорганизация. Той е удобен да ги разгледа във връзка с понятието за ентропия. Концепцията на ентропия в момента е извън неговата термодинамична интерпретация (мярка за разсейване на топлинната енергия в затворена термодинамична система
Свързани статии