Характеристики самоорганизующихся систем

Системы, которые под действием окружения обретают пространственную, временную или функциональную структуру, называют самоорганизующимися. Синергетика ищет пути теоретического моделирования самых сложных систем, способных к самоорганизации и саморазвитию. Основные свойства самоорганизующихся систем – открытость, нелинейность, диссипативность и сложность.

Открытость. Эволюция Вселенной показывает, что в открытой системе энтропия уменьшается. В открытых, неравновесных и необратимых системах ключевую роль могут играть флуктуационные процессы. Иногда флуктуация может стать настолько сильной, что существующая организация разрушается.

Нелинейность. Во Вселенной доминируют не стабильность и равновесие, а нелинейность, неустойчивость и неравновесность. В нелинейных системах процессы часто носят пороговый характер и могут меняться скачкообразно. В состояниях, далеких от равновесия, очень слабые возмущения могут усиливаться до гигантских волн, разрушающих сложившуюся структуру и способствующих ее радикальному качественному изменению. Нелинейные системы, являясь неравновесными и открытыми, сами создают и поддерживают неоднородность в среде. В таких условиях, между системой и окружением могут возникнуть обратные положительные связи.

Неустойчивые системы, при возникновении флуктуаций способны усиливать их, и в результате система выходит из стационарного состояния. Критерием эволюции (развития) системы является величина ∆s<0, т.е. уменьшение энтропии. Это неравенство указывает направление развития системы к новому устойчивому стационарному состоянию.

Диссипативность. Открытые, сложные и неравновесные системы, могут приобретать особое динамическое состояние – диссипативност ь (лат. диссипатио – разгонять, рассеивать). Прирост энтропии за единицу времени в единице объема в открытых системах называется функцией диссипации, а системы, в которых функция диссипации отлична от нуля, названы диссипативными. В таких системах, постепенно упорядоченное движение переходит в неупорядоченное. Практически все физические системы являются такими, так как трение приводит к диссипации энергии. Благодаря, диссипативности в системе могут спонтанно возникать новые типы структур, совершаться переходы от хаоса и беспорядка к порядку и организации.

Принцип локального равновесия и теорема о минимуме производства энтропии в равновесных состояниях были положены в основу современной термодинамики необратимых процессов, а их автор И. Пригожин стал лауреатом Нобелевской премии по химии в 1977 г.

Вопросы для самоконтроля

1. Каких систем называются самоорганизующимися системами?

2. Какими основными свойствами обладают самоорганизующиеся системы?

3. Как меняется энтропия, в открытой, самоорганизующейся системе?

4. Где доминируют нелинейность, неустойчивость и неравновесность?

5. В каких системах процессы часто меняться скачкообразно?

6. В каких состояниях могут, возникнут большие флуктуации, разрушающие структуру?

7. Между какими системами могут возникнуть обратные положительные связи?

8. Что является критерием эволюции системы?

9. Что означает диссипативность?

10. Что называют функцией диссипации?

11. Что происходит в системе, где есть трения?

12. Что происходит в системе в результате диссипации энергии?

13. Кто является автором теоремы о минимуме производства энтропии?

14. Когда Пригожин получил Нобелевскую премию, в области химии?