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, 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 САМООРГАНИЗАЦИЯ фото №1 минимума, 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, САМООРГАНИЗАЦИЯ фото №2

где параметр САМООРГАНИЗАЦИЯ фото №3 характеризует величину квадратичной нелинейности (являющейся, в частности, определяет, напр., степень зависимости вязкости от темп-ры), имеется неск. САМООРГАНИЗАЦИЯ фото №4

САМООРГАНИЗАЦИЯ фото №5

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

САМООРГАНИЗАЦИЯ фото №6

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, САМООРГАНИЗАЦИЯ фото №7

Рис. 3. Спиральные волны в двумерном химическом реакторе.

Статич. структуры - это лишь одно из проявлений С. Во мн. эксперим. процессы, САМООРГАНИЗАЦИЯ фото №8

(здесь и- комплексная физ. переменная, зависящая от пространственныхкоординат и времени, а параметры системы вещественны и неотрицательны; САМООРГАНИЗАЦИЯ фото №9 характеризует зависимость частоты осцилляции от их интенсивности, САМООРГАНИЗАЦИЯ фото №10 определяет величину диффузии, а САМООРГАНИЗАЦИЯ фото №11 - 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, 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. самоорганизация) эти возбуждения синхронизованыдруг с другом, а во втором - наоборот, взаимодействие этих элементарныхвозбуждений рождает случайность (см. Странный аттрактор). Естественно, хаосом.

Лит.:1) Пригожий И., Н и к о л и с Ж., Биологический порядок, автоколебания, М., 1974; 3) X а к е н Г., Синергетика. динамика структурв течениях жидкости, «УФН», 1990, т. 160, с. 3. В. С. Афраймович, М.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.

Синонимы:

организация

Смотреть больше слов в «Физической энциклопедии»

САМОПРОИЗВОЛЬНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ →← САМОМОДУЛЯЦИЯ СВЕТА

САМООРГАНИЗАЦИЯ

Синонимы слова "САМООРГАНИЗАЦИЯ":

Смотреть что такое САМООРГАНИЗАЦИЯ в других словарях:

Рекомендуем посмотреть: