Invoering

1. Zelforganisatietheorie

Conclusie

Bibliografie

Invoering

Zelforganisatie is een doelgericht proces waarbij de organisatie van een complex dynamisch systeem wordt gecreëerd, gereproduceerd of verbeterd. Eigenschappen van zelforganisatie worden onthuld door objecten van verschillende aard: cellen, organismen, biologische populaties, biogeocenose, menselijk collectief.

Het belangrijkste criterium voor de ontwikkeling van zelforganiserende systemen is een toename van het aanbod van vrije energie die kan worden vrijgegeven om nuttig werk te verrichten. Tegelijkertijd is de aard van het systeem zelf absoluut niet belangrijk – of het nu een primitieve warmtemotor is of de economie van een enorm land – als het systeem niet in evenwicht is en materie en energie uitwisselt met de omgeving, zullen alle meest algemene patronen van ontwikkeling zijn daarvoor geldig. In de gebruikelijke termen van de marxistische politieke economie wordt dit ontwikkelingscriterium bijvoorbeeld geformuleerd als de wet van de meerwaarde of het extra product. Het is slechts een kwestie van aanduiding, maar in betekenis zijn deze concepten isomorf. En als in de toekomst puur economische categorieën, geïnterpreteerd vanuit een energie-materieel standpunt, dubbelzinnig of zelfs controversieel lijken, is het de moeite waard om na te denken over de vraag of de economische wetenschap zo universeel is; misschien zijn een aantal fundamentele wetten nog niet ontdekt in de toekomst. Het?

Het doel van het werk is om de processen van zelforganisatie te overwegen.

De doelstellingen van het werk zijn het bepalen van de theorie van zelforganisatie; karakteriseren van niet-evenwichtsprocessen en open systemen; de zelforganisatie van dissipatieve structuren bestuderen.

De bekende G. Becker ontving onlangs de Nobelprijs voor de theorie van de economische motivatie van sociale verschijnselen, maar dezelfde motivaties volgen eenvoudigweg uit het principe van de minste actie, dat al minstens honderd jaar in de natuurkunde bekend is.

Terugkerend naar de algemene energie-materiële wetten van progressieve ontwikkeling, merken we op dat in een conjugaatsysteem een ​​toename van de vrije energie mogelijk is, zowel als gevolg van externe factoren - een uitgebreid ontwikkelingspad, als vanwege interne factoren - een intensief pad. In reële omstandigheden, wanneer de kracht van de conjugaatstroom eindig is, heeft uitgebreide ontwikkeling altijd een limiet, waarna het systeem, om de ontwikkeling voort te zetten, moet overschakelen naar een intensief pad dat gepaard gaat met een toename van de efficiëntie van het gebruik van de ontvangen energie, een toename van zijn eigen efficiëntie, wat een concentratie van energie per volume-eenheid betekent. Als voor het uitgebreide ontwikkelingspad een goede antropogene analoog de spierkracht vergroot, dan zal voor het intensieve pad het volgende alledaagse voorbeeld zeer indicatief zijn. We oefenen ongeveer gelijke spierinspanningen uit bij het kammen van ons haar en bij het scheren, maar in het laatste geval is dezelfde energie geconcentreerd op een micronoppervlak en creëert een druk in de orde van honderden atmosfeer, die vergelijkbaar is met de beste industriële persen en vele andere. keer groter is dan de fysieke mogelijkheden van een persoon. Geconcentreerde energie doet meer werk dan ongeconcentreerde energie - dit is de essentie van de intensieve ontwikkelingsfase waarin de mensheid zich vandaag de dag bevindt.

Het intensieve pad van ontwikkeling kan echter niet eindeloos zijn – als de efficiëntie dicht bij de eenheid komt, eindigt het – er is eenvoudigweg geen plek waar het systeem zich verder kan ontwikkelen. In deze toestand is er weinig keuze: ofwel degraderen, nadat de volledige voorraad hulpbronnen is uitgeput, ofwel de energie-materiaalkringlopen sluiten en in evenwicht functioneren. Als resultaat van een dergelijke natuurlijke selectie blijven alleen die systemen behouden die werken volgens de principes van gesloten kringlopen - dit soort ontwikkeling wordt ecologisch genoemd. Opgemerkt moet worden dat de studie van alle, in principe, mogelijke manieren om materie en energie uit te wisselen in een abstract zelforganiserend systeem heeft geleid tot een structuur die, tot in de kleinste details, samenvalt met de structuur van ecosystemen die empirisch in de ecologie zijn bepaald. Dit is een extra bevestiging van de noodzaak om de technosfeer te heroriënteren in de richting van de biologische principes van functioneren die kenmerkend zijn voor het ecologische type ontwikkeling.

De conclusies zijn duidelijk. De eerste is de onvermijdelijkheid van de overgang van elk zich ontwikkelend materieel systeem van een uitgebreid ontwikkelingspad naar een intensief pad, en vervolgens naar een ecologisch pad. Vandaag de dag bevinden we ons, volgens alle indicaties, in de fase van de transitie naar een intensief model, en ondanks al het gepraat over het postindustriële tijdperk zal er nog veel tijd verstrijken voordat de mensheid de cycli sluit. De tweede conclusie riekt naar fataliteit: vanuit energetisch en materieel oogpunt is elke ontwikkeling beperkt. Zelfs als het mogelijk is om het probleem van thermonucleaire fusie op te lossen, zal het assimilerende vermogen van het milieu de mensheid nog steeds niet in staat stellen zich voor onbepaalde tijd te ontwikkelen, en de kroon op haar ontwikkeling zal gesloten energie-materiaalcycli blijven.

Betekent dit het einde van het verhaal? Zeker niet, en de volgende evolutionaire analogie zou hier op zijn plaats zijn. Tijdens de vorming van de biosfeer werd aanvankelijk alle zonne-energie gebruikt om de biomassa te vergroten. Toen de cycli zich sloten en de biomassa van de planeet stabiliseerde, werd het mogelijk om te praten over het feit dat alle binnenkomende energie bijna volledig werd omgezet in informatie – de diversiteit van de biota, de manieren van bestaan ​​ervan, primaire vaardigheden en later – direct naar menselijke kennis. Dat wil zeggen, de essentie van het ecologische ontwikkelingspad is de indirecte transformatie van energie in informatie en kennis. Er zal zeker vooruitgang en verdere ontwikkeling zijn, maar op een fundamenteel ander gebied: de intellectuele sfeer. De overgang naar deze ontwikkelingsfase wordt gekenmerkt door een grootschalige mondiale crisis, waarbij het bestaande systeem van materiële waarden omver wordt geworpen en de innerlijke wereld van de mens, zijn individuele en collectieve geest, als de belangrijkste waarde wordt vastgesteld. Al het materiële waar moderne mensen zoveel om geven, zal een ondersteunende rol spelen, zoals bijvoorbeeld elektriciteit voor een computer, informatie, kennis en betekenis zullen op de voorgrond komen;

2. Niet-evenwichtsprocessen en open systemen

Kristallen zijn geordende evenwichtsstructuren. In de natuur zijn er andere geordende structuren die ontstaan ​​in dissipatieve systemen. Een dissipatief systeem is een subsysteem van grote thermodynamische systemen die niet in evenwicht zijn.

In de atmosfeer en oceanen van de aarde stroomt er – onder invloed van zonnestraling – zelforganisatie op aarde.

2. Benard-cellen - zelforganisatie in fysieke verschijnselen

3. Belousov-Zhabotinsky chemische reactie - zelforganisatie in de chemie

Onder invloed van BrO3-, H+ treden in de oplossing de volgende reacties op:

Ce3+-> Ce4+ - oxidatie, de kleur van de oplossing is blauw.

Ce4+ -> Ce3+ - reductie, kleur van de oplossing is rood. Er is dus een zelf-oscillerend proces waarbij de concentratie van tetravalent cerium verandert met gelijktijdige variatie in kleur

Oppervlaktegolven (chemische spiraalgolven) verschijnen op het oppervlak van de oplossing

4. Dynamiek van populaties van roofdieren en hun prooien - zelforganisatie in de biologie.

Niet-evenwichtsprocessen met de opkomst van geordende structuren in systemen - dissipatieve structuren. Zelforganisatie wordt niet geassocieerd met een speciale klasse stoffen, maar bestaat alleen in speciale systemen die aan de voorwaarden voldoen:

a) open systemen, d.w.z. open voor de instroom van energie (materie) van buitenaf;

b) macroscopische systemen, d.w.z. systemen worden beschreven door niet-lineaire vergelijkingen.

Er moet ook worden opgemerkt dat dissipatieve structuren stabiele formaties zijn en dat hun stabiliteit wordt bepaald door de stabiliteit van de externe energiebron.

3. Zelforganisatie van dissipatieve structuren

Zelforganiserende processen zijn processen waarin complexere en geavanceerdere structuren ontstaan. Deze definitie stelt ons in staat zelforganisatie te benadrukken als een van de mogelijke evolutiepaden en dit proces toe te schrijven aan omstandigheden die ver verwijderd zijn van thermodynamisch evenwicht. Evolutie kan ook leiden tot degradatie. Dus in gesloten systemen, wanneer de drijvende kracht achter het proces de wens van het systeem is om de vrije energie te minimaliseren, is de bereikte evenwichtstoestand de meest chaotische toestand van de omgeving. Als de evolutie van het systeem wordt gecontroleerd door een minimum aan entropieproductie (niet-evenwichtsomstandigheden), vindt zelforganisatie van dynamische structuren plaats die dissipatief worden genoemd. Dissipatieve structuren omvatten ruimtelijke, temporele of spatiotemporele structuren die ver van evenwicht kunnen ontstaan ​​in een niet-lineair gebied als de systeemparameters kritische waarden overschrijden. Dissipatieve structuren kunnen alleen door een sprong overgaan naar een toestand van thermodynamisch evenwicht (als gevolg van een faseovergang die niet in evenwicht is). Hun belangrijkste eigenschappen zijn als volgt:

ze worden gevormd in open systemen, ver verwijderd van thermodynamisch evenwicht, als gevolg van fluctuaties op macroscopisch niveau;

hun zelforganisatie vindt plaats als resultaat van entropie-export;

het ontstaan ​​van ruimtelijke of temporele orde is vergelijkbaar met een faseovergang;

de overgang naar een geordende toestand van een dissipatief systeem vindt plaats als gevolg van de instabiliteit van de voorgaande ongeordende toestand bij een kritische waarde van een bepaalde parameter die overeenkomt met het splitsingspunt;

Op het punt van de splitsing is het onmogelijk te voorspellen in welke richting het systeem zich zal ontwikkelen, of de staat chaotisch zal worden of dat hij zich naar een nieuw, hoger niveau van orde zal bewegen.

Dissipatieve structuren zijn dus sterk geordende, zelforganiserende formaties in systemen die verre van evenwicht zijn, een bepaalde vorm en karakteristieke spatiotemporele dimensies hebben, en stabiel zijn ten opzichte van kleine verstoringen. De belangrijkste kenmerken van dissipatieve structuren zijn levensduur, lokalisatiegebied en fractale dimensie. Dissipatieve structuren verschillen van evenwichtsstructuren doordat ze voor hun bestaan ​​een constante instroom van energie van buitenaf vereisen, omdat hun zelforganisatie per definitie geassocieerd is met de uitwisseling van energie en materie met de omgeving.

Onder een dissipatief systeem wordt verstaan ​​een systeem waarvan de totale mechanische energie afneemt tijdens beweging en transformeert in andere vormen, bijvoorbeeld warmte. Dienovereenkomstig is energiedissipatie de overgang van een deel van de energie van een geordend proces naar de energie van een ongeordend proces, en uiteindelijk naar warmte.

Het transitieproces ‘duurzaamheid-instabiliteit-duurzaamheid’ verloopt als volgt. Een aanvankelijk stabiele dissipatieve structuur, die tijdens de evolutie van het systeem een ​​drempel van instabiliteit bereikt, begint te oscilleren, en de fluctuaties die daarin ontstaan ​​leiden tot de zelforganisatie van een nieuwe, stabielere dissipatieve structuur op een bepaald hiërarchisch niveau.

Een van de typische voorbeelden van zelforganisatie van dissipatieve structuren is de overgang van laminaire vloeistofstroming naar turbulente vloeistofstroming. Tot voor kort werd het geïdentificeerd met de overgang naar chaos.

Hydrodynamische instabiliteit tijdens de overgang van laminaire stroming naar turbulente stroming gaat dus gepaard met de vorming van dynamische dissipatieve structuren in de vorm van wervels.

Verschillende wetenschappelijke disciplines ontwikkelen de theorie van zelforganisatie:

1. Thermodynamica van niet-evenwichtige (open) systemen.

2. Synergetica.

De vorming van geordende structuren die niet plaatsvindt als gevolg van de werking van externe krachten (factoren), maar als gevolg van interne herstructurering van het systeem, wordt zelforganisatie genoemd. Zelforganisatie is een fundamenteel concept dat de ontwikkeling aangeeft in de richting van minder complexe objecten naar meer complexe en geordende vormen van organisatie van materie.

In elk specifiek geval manifesteert zelforganisatie zich anders; het hangt af van de complexiteit en aard van het systeem dat wordt bestudeerd.

Processen van zelforganisatie vinden in de omgeving plaats samen met andere processen, vooral die in de tegenovergestelde richting, en kunnen in bepaalde fasen van het bestaan ​​van het systeem zowel de overhand krijgen op laatstgenoemde (vooruitgang) als eraan toegeven (regressie). In dit geval kan het systeem als geheel een stabiele neiging hebben of fluctuaties ondergaan in de richting van evolutie, degradatie en verval.

Zelforganisatie kan gebaseerd zijn op het proces van transformatie of desintegratie van een structuur die eerder ontstond als resultaat van het organisatieproces.

1. Dubnischeva T.Ya. Concepten van de moderne natuurwetenschappen. Novosibirsk: YuKEA Publishing House LLC, 2004.

2. Dubnischeva T.Ya., Pigarev A.Yu. Moderne natuurwetenschappen. Novosibirsk: YuKEA Publishing House LLC, 2006.

3. Moiseev N. Ecologie M.: Jonge Garde, 1988.

4. Rubin AB Thermodynamica van biologische processen. M.: Uitgeverij van de Staatsuniversiteit van Moskou, 1984.

5. Yablokov A.V. Huidige problemen van de evolutietheorie. M.: Nauka, 1966.

Dubnischeva T.Ya., Pigarev A.Yu. Moderne natuurwetenschappen. Novosibirsk: LLC Publishing House UKEA, 2006. Blz. 122.

Moiseev N. Ecology M.: Jonge Garde, 1988. P. 141.

Jablokov AV Huidige problemen van de evolutietheorie. M.: Nauka, 1966. blz. 104-105.

Dubnischeva T.Ya. Concepten van de moderne natuurwetenschappen. Novosibirsk: LLC Uitgeverij UKEA, 2004

Rubin AB Thermodynamica van biologische processen. M.: Uitgeverij van de Staatsuniversiteit van Moskou, 1984. P. 180.

Er zijn drie soorten zelforganisatieprocessen:

1) processen van spontane generatie van een organisatie, d.w.z. het ontstaan ​​uit een bepaalde reeks integrale objecten van een bepaald niveau van een nieuw integraal systeem met zijn eigen specifieke wetten (bijvoorbeeld het ontstaan ​​van meercellige organismen uit eencellige);

2) processen waardoor het systeem een ​​bepaald organisatieniveau handhaaft wanneer de externe en interne omstandigheden van zijn functioneren veranderen (hier worden voornamelijk homeostatische mechanismen bestudeerd, in het bijzonder mechanismen die werken volgens het principe van negatieve feedback);

3) processen die verband houden met de verbetering en zelfontwikkeling van systemen die in staat zijn ervaringen uit het verleden te verzamelen en te gebruiken.

Een speciale studie naar de problemen van zelforganisatie werd voor het eerst gestart in de cybernetica. De term ‘zelforganiserend systeem’ werd geïntroduceerd door de Engelse cyberneticus W.R. Ashby in 1947. Eind jaren vijftig begon de wijdverbreide studie naar zelforganisatie. XX eeuw om nieuwe principes te vinden voor het construeren van technische apparaten die verschillende aspecten van menselijke intellectuele activiteit kunnen simuleren. De studie van problemen van zelforganisatie is een van de belangrijkste manieren geworden om ideeën en methoden van cybernetica, informatietheorie, systeemtheorie, biologische en systeemcognitie binnen te dringen.

In de jaren '70 XX eeuw De theorie van complexe zelforganiserende systemen begon zich actief te ontwikkelen. De resultaten van onderzoek op het gebied van niet-lineaire (van hogere orde dan de tweede) wiskundige modellering van complexe open systemen leidden tot de geboorte van een nieuwe krachtige wetenschappelijke richting in de moderne natuurwetenschappen: synergetica. Net als cybernetica is synergetica een soort interdisciplinaire benadering. In tegenstelling tot cybernetica, waar de nadruk ligt op de processen van management en informatie-uitwisseling, is synergetica gericht op de studie van de principes van het bouwen van een organisatie, het ontstaan, de ontwikkeling en zelfcomplicatie ervan.

De wereld van niet-lineaire zelforganiserende systemen is veel rijker dan de wereld van gesloten, lineaire systemen. Tegelijkertijd is de ‘niet-lineaire wereld’ moeilijker te modelleren. In de regel vereist een benaderende oplossing van de meeste niet-lineaire vergelijkingen die ontstaan ​​een combinatie van moderne analytische methoden met computationele experimenten. Synergetica opent de deur voor nauwkeurig, kwantitatief, wiskundig onderzoek naar aspecten van de wereld zoals de instabiliteit ervan, de verscheidenheid aan manieren van verandering en ontwikkeling, onthult de voorwaarden voor het bestaan ​​en de duurzame ontwikkeling van complexe structuren, maakt het mogelijk catastrofale situaties te simuleren, enz.

Synergetische methoden zijn gebruikt om veel complexe zelforganiserende systemen te modelleren: van morfogenese in de biologie en sommige aspecten van het functioneren van de hersenen tot het fladderen van een vliegtuigvleugel, van moleculaire fysica en zelf-oscillerende apparaten tot de vorming van de publieke opinie en demografische processen. De belangrijkste vraag van synergetica is of er algemene patronen zijn die de opkomst van zelforganiserende systemen, hun structuren en functies, bepalen. Dergelijke patronen bestaan. Dit is openheid, niet-lineariteit, dissipatie.

Het leven schept orde.
Orde is machteloos om leven te scheppen
A. de Saint-Exupéry

Welke karakteristieke eigenschappen hebben systemen die tot zelforganisatie in staat zijn? Wat is het mechanisme van zelforganisatie?

Les-lezing

Uit de voorbeelden die we al hebben besproken, wordt duidelijk dat niet alleen ‘het leven orde schept’, maar dat de wetten van zelforganisatie gebruikelijk blijken te zijn voor zowel de levende als de levenloze natuur. Maar hoe vormen tijdelijke en ruimtelijk geordende structuren zichzelf uit een structuurloze substantie? Om dit te begrijpen, is het noodzakelijk om uit te zoeken wat gemeenschappelijk is in alle systemen die in staat zijn tot zelforganisatie.

Moritz Escher. Limiet - cirkel EIGENSCHAPPEN VAN SYSTEMEN DIE IN STAAT ZIJN TOT ZELFORGANISATIE. 1. Allereerst is het noodzakelijk om de vraag te beantwoorden of het ontstaan ​​van orde uit chaos niet in tegenspraak is met de wet van toenemende entropie, volgens welke entropie – een maatstaf voor wanorde – voortdurend toeneemt. Houd er rekening mee dat deze wet is geformuleerd voor gesloten systemen, dat wil zeggen voor systemen die op geen enkele manier interactie hebben met de omgeving. Alle voorgaande voorbeelden verwijzen naar open systemen, dat wil zeggen naar systemen die energie en materie uitwisselen met de omgeving. Het is duidelijk dat we een gesloten systeem kunnen onderscheiden waarin zelforganisatie plaatsvindt. Stel je bijvoorbeeld een ruimteschip voor dat geïsoleerd is van de straling van sterren waarin planten groeien. Het is duidelijk dat het in elk dergelijk gesloten systeem mogelijk is een subsysteem te identificeren waarin zelforganisatie plaatsvindt en waarvan de entropie afneemt, terwijl de entropie van het gesloten systeem als geheel toeneemt, geheel in overeenstemming met de tweede wet van de thermodynamica. 2. Het tweede onderscheidende kenmerk van systemen die in staat zijn tot zelforganisatie is de onevenwichtige, onstabiele toestand waarin ze zich bevinden. In systemen vinden zelforganisatieprocessen plaats. Als zelforganisatie plaatsvindt in een gesloten systeem, dan is het altijd mogelijk om een ​​open subsysteem te identificeren waarin zelforganisatie plaatsvindt, terwijl tegelijkertijd in een gesloten systeem als geheel de wanorde toeneemt. Een externe invloed - verwarming van het vat - leidt dus tot een temperatuurverschil in individuele macroscopische delen van de vloeistof, er verschijnen zogenaamde Bénard-cellen (zie figuur 79). Zelforganisatie vindt plaats in systemen waarvan de toestand op een bepaald moment aanzienlijk verschilt van het statistische evenwicht. De toestand van een systeem dat verre van evenwicht is, is onstabiel, in tegenstelling tot de toestand van een systeem dat dicht bij evenwicht is, en het is juist vanwege deze instabiliteit dat er processen ontstaan ​​die leiden tot het ontstaan ​​van structuren. 3. Een ander kenmerk van systemen die tot zelforganisatie in staat zijn, is het grote aantal deeltjes waaruit het systeem bestaat. Het punt is dat dit alleen mogelijk is in systemen met een groot aantal deeltjes schommelingen- kleine willekeurige verstoringen, inhomogeniteiten. Het zijn fluctuaties die bijdragen aan de overgang van een systeem van een onstabiele toestand naar een meer geordende stabiele toestand. Zelforganisatie is alleen mogelijk in systemen met een groot aantal deeltjes waaruit het systeem bestaat. Het waarnemen van schommelingen is behoorlijk lastig; in de regel manifesteren ze zich niet in de macroscopische wereld waarin onze zintuigen werken. Er kan een voorbeeld worden gegeven van het optreden van ruis in een luidspreker wanneer er geen transmissie plaatsvindt. Deze geluiden verschijnen als gevolg van de chaotische beweging van elektronen in de elementen van een radioapparaat. De chaotische beweging van elektronen leidt tot schommelingen in de elektrische stroom, die we horen nadat ze zijn versterkt en omgezet in geluid. 4. Zelforganisatieprocessen worden beschreven door tamelijk complexe wiskundige vergelijkingen. Een kenmerk van dergelijke vergelijkingen en, dienovereenkomstig, van de systemen die ze beschrijven is niet-lineariteit. Deze eigenschap leidt er met name toe dat kleine veranderingen in het systeem op een bepaald moment een aanzienlijke impact kunnen hebben op de verdere ontwikkeling van het systeem in de loop van de tijd. Juist vanwege deze eigenschap worden zelforganisatieprocessen grotendeels bepaald door willekeurige factoren en kunnen ze niet eenduidig ​​worden voorspeld. De evolutie van systemen die in staat zijn tot zelforganisatie wordt beschreven door niet-lineaire vergelijkingen. HOE ZELFORGANISATIE ONTSTAAT. Hoe ontstaan ​​zelforganisatieprocessen? Een strikte beschrijving vereist, zoals reeds vermeld, het gebruik van complexe wiskundige apparatuur. Op kwalitatief niveau kunnen deze processen echter vrij eenvoudig worden verklaard. Het eenvoudigste experiment kan worden uitgevoerd door een versterker (bijvoorbeeld een bandrecorder) te gebruiken en de microfoon naar de luidspreker te brengen. In dit geval kan er een brom of fluitsignaal optreden als gevolg van de zelfopwekking van een elektrisch signaal, d.w.z. het spontane optreden van elektromagnetische trillingen. Dit voorbeeld illustreert het proces van zelforganisatie met de vorming van tijdelijke structuren. De vorming van ruimtelijke structuren wordt echter op dezelfde manier verklaard. Laten we het eenvoudigste voorbeeld bekijken met de vorming van Benard-cellen. Wanneer een vloeistof wordt verwarmd, ontstaat er een temperatuurverschil tussen de onderste en bovenste lagen van de vloeistof. De verwarmde vloeistof zet uit, de dichtheid neemt af en de verwarmde moleculen snellen naar boven. Er ontstaan ​​chaotische stromingen - fluctuaties in vloeiende bewegingen. Zolang het temperatuurverschil tussen het onderste en bovenste niveau van de vloeistof klein is, bevindt de vloeistof zich in een stabiele toestand en leiden deze fluctuaties niet tot een macroscopische verandering in de structuur van de vloeistof. Wanneer een bepaalde drempel wordt bereikt (een bepaald temperatuurverschil tussen de bovenste en onderste lagen), wordt de structuurloze toestand van de vloeistof instabiel, nemen de fluctuaties toe en vormen zich cilindrische cellen in de vloeistof. In het centrale deel van de cilinder stijgt de vloeistof en nabij de verticale vlakken valt deze (Fig. 81). In de oppervlaktelaag verspreidt de vloeistof zich van het midden naar de randen, in de onderste laag - van de grenzen van de cilinders naar het midden. Als gevolg hiervan worden geordende convectiestromen in de vloeistof gevormd.

Rijst. 81. Convectiestromen in Benard-cellen (cellen worden aangegeven door de stippellijn, convectiestromen worden aangegeven door de ononderbroken lijn) Structuren in een systeem ontstaan ​​wanneer niet-lineaire effecten die de evolutie bepalen en worden veroorzaakt door externe invloeden op het systeem voldoende worden om de fluctuaties die inherent zijn aan dergelijke systemen te vergroten. Als gevolg van de toename van fluctuaties gaat het systeem over van een onstabiele structuurloze toestand naar een stabiele gestructureerde toestand. Een verklaring van het mechanisme van zelforganisatie kan uiteraard geen kwantitatieve kenmerken van de resulterende structuren voorspellen, bijvoorbeeld de generatiefrequentie of de vorm en grootte van Benard-cellen. De wiskundige beschrijving van dergelijke processen is geen gemakkelijke taak. De kwalitatieve kenmerken van zelforganisatiemechanismen kunnen echter vrij eenvoudig worden geformuleerd. De vorming van structuren wordt altijd geassocieerd met willekeurige processen, daarom treedt tijdens zelforganisatie in de regel een spontane afname van de symmetrie op, en ook splitsingen, dat wil zeggen, de dubbelzinnige ontwikkeling van verschillende processen. Op splitsingspunten kiest het systeem, onder invloed van kleine factoren, een van de verschillende mogelijke ontwikkelingspaden. Laten we het biologische proces eens bekijken: morfogenese. Als voorbeeld van de schending van de symmetrie in de levende natuur, de opkomst van weefsels en organen, de creatie van de gehele complexe structuur van het organisme in het proces van zijn individuele ontwikkeling. Net als bij de evolutie van fysieke systemen vinden er bij de ontwikkeling van het embryo opeenvolgende symmetrieschendingen plaats. De oorspronkelijke eicel heeft in eerste benadering de vorm van een bal. Deze symmetrie blijft behouden in het blastulastadium, wanneer de cellen die het resultaat zijn van de deling nog niet gespecialiseerd zijn. Verder wordt de sferische symmetrie verbroken en blijft alleen de axiale (cilindrische) symmetrie behouden. In het gastrulastadium wordt deze symmetrie ook verbroken - er wordt een sagittaal vlak gevormd dat de ventrale zijde van de dorsale zijde scheidt. De cellen differentiëren en er ontstaan ​​drie soorten weefsels: endoderm, ectoderm en mesoderm. Het proces van groei en differentiatie gaat dan verder.

Symmetrieschendingen tijdens de embryo-ontwikkeling ontstaan ​​spontaan als gevolg van de instabiliteit van de symmetrische toestand. In dit geval gaan de opkomst van een nieuwe vorm en differentiatie hand in hand. Experimentele waarnemingen hebben aangetoond dat de ontwikkeling van het organisme met grote sprongen verloopt. De fasen van snelle transformaties en het ontstaan ​​van een nieuwe fase worden vervangen door vloeiende fasen. Tijdens de morfogenese wordt dus een bepaalde reeks vertakkingen gerealiseerd, de ontwikkeling vindt plaats via fasen van instabiliteit. Het is op dit moment dat veranderingen in de controleparameters (die de evolutie bepalen), dat wil zeggen de chemische eigenschappen van de omgeving, de vorming van het embryo effectief kunnen beïnvloeden, waardoor de normale ontwikkeling ervan wordt verstoord. Hier vormen stoffen die actief biochemische processen beïnvloeden tijdens de morfogenese een aanzienlijk gevaar.

• Paragraaf 68 geeft voorbeelden van het ontstaan ​​van verschillende structuren in zelforganisatieprocessen. Probeer uit te leggen welke schommelingen leiden tot de vorming van bepaalde structuren wanneer ze groeien.
• De belangrijkste natuurwetenschappelijke hypothese die de opkomst van leven op aarde verklaart, is de zelforganisatiehypothese. De aarde is ver verwijderd van de zon en andere planeten. Waarom kan het niet als een gesloten systeem worden beschouwd?

Organisatie is het ordelijk groeperen van elementen door externe krachten om een ​​gemeenschappelijk resultaat te bereiken. Zelforganisatie is ordening veroorzaakt door interne factoren. Het kan worden beschouwd in de natuur, wetenschap, technologie, psychologie, sociologie. Dit proces verklaart de vorming van elke duurzame samenleving.

Zelforganisatie is zelfmanagement

Er zijn verschillende variaties in het presenteren van dit proces. Het gebied van het menselijk bewustzijn dat als eerste in je opkomt. In de persoonlijkheidspsychologie betekent het concept van zelforganisatie het vermogen om zichzelf te programmeren om bepaalde taken uit te voeren met het bereiken van een specifiek resultaat. Hier omvat deze term motivatie om te werken, het vermogen om energie effectief te besteden, tijdplanning (timemanagement) en rationalisatie.

Een organisatie veronderstelt een groep mensen waarin twee hoofdrollen bestaan: leider en ondergeschikte (of leider en volger), waarbij de een de richtlijnen voor de ander bepaalt. Bij zelforganisatie worden deze rollen gecombineerd in één persoonlijkheid. Het belangrijkste doel van zelfbeheersing is om iemand te leren zijn taken te vervullen zonder vrijwillige inspanningen te leveren, maar op basis van interne motivatie die nuttig voor hem is. Een bewust genomen besluit en intensief werk aan de implementatie ervan zorgen voor zelfbevestiging, wat een positief effect heeft op de zelfevaluatie van het individu. Schoolkinderen en nieuwe studenten komen voor het eerst in aanraking met zelforganisatie van activiteiten, dus het is erg belangrijk om deze kwaliteit op jonge leeftijd te ontwikkelen.

Basis diagnostische methoden

Analyse van alle vaardigheden wordt uitgevoerd door middel van psychologische tests, vragenlijsten (klinisch gesprek), observatie, biografische methode, psychologische modellering, experiment. Vragenlijsten worden vaak geïntroduceerd in educatieve programma's en professionele trainingen om het vermogen tot zelforganisatie en het correct beheren van de tijd te helpen identificeren. Hun monsters zijn meestal met aanpassingen uit Engelstalige bronnen gehaald en kunnen daardoor aan kwaliteit inboeten. Een voorbeeld is de bekende TSQ (OSD) vragenlijst.

Analyse met behulp van OSD

Een dergelijke vragenlijst bevat verschillende criteria die een persoon kenmerken als regulator van activiteit. Het bepaalt de perceptie en kenmerken van tijdsbesteding in het dagelijks leven. De categorie "Planning" onderzoekt de betrokkenheid van het onderwerp bij de strategische planning van dagelijkse zaken. Tegelijkertijd heeft het individu zijn eigen planningsprincipes.

De schaal die ambitie, ambities en de mate van concentratie op iemands doelen onthult, wordt 'Purposefulness' genoemd. De wilsinspanningen die op acties worden toegepast, worden gekenmerkt door ‘volharding’. ‘Fixatie’ heeft betrekking op het vermogen van een persoon om zich te fixeren op taken die specifiek voor hem zijn. De oriëntatie in de tijd wordt uitgedrukt in de schaal “Oriëntatie”.

En ten slotte vestigt ‘zelforganisatie’ de aanleg van het individu voor de interne organisatie van activiteiten. Elke schaal heeft meerdere punten, het totale aantal vragen is 25. Als resultaat stelt de specialist een psychologische diagnose en een diagram op.

Hoe zelforganisatie te karakteriseren

Vormen van zelforganisatie kunnen verschillende criteria zijn, zoals hiërarchie en pluralisme; passieve en actieve vormen; technische, biologische en sociale gebieden. Verschillende levensprocessen zijn de actieve vorm, interne chemische en fysische processen zijn de passieve vorm. In de psychologie zijn er vijf componenten in de niveaus van zelforganisatie:

1. Het algemene sociale niveau omvat de zelfperceptie van een individu als onderdeel van een groep, samenleving, etnische groep (werkcollectief, medeburgers, vertegenwoordigers van dezelfde nationaliteit, religie).
2. Het institutionele niveau omvat het zelfbewustzijn van de persoon als professional, specialist of als onderdeel van een instelling, zoals een familieinstelling.
3. Op managementniveau wordt het individu beschouwd als onderdeel van een organisatie-representatieve functiegroep.
4. Zelforganisatie op groepsniveau veronderstelt een gemeenschappelijke culturele, sociaal-psychologische samenleving (eenwording per leeftijdscategorie, politieke opvattingen, enz.).
5. Op persoonlijk niveau beschouwt het subject zichzelf als een individu.

Zelforganisatie in wetenschap en technologie

Technische zelforganisatie kan worden geclassificeerd als wetenschap en technologie. Wanneer de eigenschappen, parameters van een object, zijn doelen en doelstellingen veranderen, verandert zijn verdere actieprogramma automatisch. Dit is bijvoorbeeld hoe de organisatie van doelzoekende raketten, verschillende geautomatiseerde systemen en computertechnologieën werkt. Dergelijke systemen hebben de eigenschap zichzelf af te stemmen.

De principes van zelforganisatie op het gebied van de wetenschap (evolutionaire biologie, supramoleculaire chemie) en natuurlijke verschijnselen worden bestudeerd door een interdisciplinaire richting die synergetica wordt genoemd. Hier kan een laser worden gebruikt als voorbeeld van ruimtelijke ordening. Zelforganisatie met een doelgericht en spontaan karakter, die ontstaat als gevolg van veranderingen of de vorming van verbindingen in het systeem, bestaat voornamelijk in de natuur.

Hoe gebeurt dit op biologisch niveau? Zelforganisatie is wat de soort in stand houdt, aanpast aan verschillende bestaansomstandigheden en de harmonie in de leefomgeving handhaaft. Daarom is het nauw verwant aan mutatievariabiliteit. Synergetica combineert alle natuurlijke en technische wetenschappen, omdat de principes ervan werken in systemen van welke aard dan ook (elektronen, atomen, moleculen, mechanische systemen, thermonucleaire reacties, transportsystemen, enzovoort).

De natuur bevat onverwachte dynamische verschijnselen die worden gecreëerd door het "vlindereffect" - een verandering in de werking van één klein mechanisme zal een verandering in de organisatie van het hele systeem met zich meebrengen. Om natuurlijke processen als geheel te beschouwen, is daarom een ​​discipline nodig die verschillende wetenschappen in één richting combineert.

Vergelijking van hiërarchie en pluralisme

Om het gevestigde staatssysteem in stand te houden is een bijzondere vorm van zelforganisatie noodzakelijk. Dit zijn hiërarchie (systeem van ondergeschiktheid) en pluralisme (diversiteit en tolerantie van politieke opvattingen en meningen). Burgers van welk land dan ook moeten zich betrokken voelen bij bepaalde ordes, opgebouwd in overeenstemming met de tradities van hun samenleving.

In de traditionele hiërarchie geldt het principe van ‘verdeel en heers’, met als doel een voordeel te geven of een van de partijen gelijke voorwaarden te ontnemen. Deze vorm van zelforganisatie van de samenleving helpt het gezag van machtsstructuren te behouden. In de moderne wereld zijn verschillende organisatievormen tegelijkertijd actief. Niets weerhoudt sommige hiërarchische fundamenten ervan om naast pluralisme en gelijkheid te bestaan, de pijlers van een democratische samenleving.

Chaos en wanorde

Een uitleg van de chaostheorie kan beginnen met eenvoudige voorbeelden die het tegenovergestelde ervan beschrijven: organisatie, stabiliteit en orde. Een volgens wiskundige wetten beschreven systeem kan als stabiel worden beschouwd als er bij kleine veranderingen in de beginvoorwaarden en parameters kleine veranderingen in het resultaat kunnen worden waargenomen.

Bij een snelheid van 50 km/u legt de bestuurder bijvoorbeeld in twee uur 100 km af. Als hij niet veel langzamer rijdt, zal de tijd van zijn reis proportioneel ook onbeduidend veranderen. Dit systeem is stabiel en eenvoudig. Maar hoe complexer het systeem, hoe instabieler het is. Het onderzoeksobject van de chaostheorie zijn juist complexe, onstabiele structuren waarin, met kleine veranderingen, kolossale veranderingen resulteren.

Wie heeft dit bedacht

Meteoroloog Lorenz besloot ooit om gegevens die hij al kende in een machine in te voeren, met vooraf duidelijke resultaten. De voorspelling bleek uiteindelijk echter totaal anders te zijn. Bovendien, hoe verder deze keten zich uitstrekte, hoe meer de voorspelling verschilde van de oorspronkelijke, ware. Het punt was dat de nieuw ingevoerde parameters afgerond waren, dat wil zeggen dat ze enigszins verschilden. Het centrale concept van deze theorie is het ‘vlindereffect’: een kleine invloed van buitenaf kan onverwachte gevolgen hebben.

Willekeur moet niet worden verward met chaos. Als wetenschappers vroeger, toen wetenschappers geen verklaring voor dit of dat fenomeen konden geven, het ‘willekeurig’ konden noemen, worden de meeste van deze processen nu chaotisch genoemd en zijn ze vatbaar voor de wetten van de chaostheorie (de beweging van satellieten in een baan om de aarde, epileptische aanvallen , grote verkeersstromen op brede snelwegen). Het vlindereffect elimineert ook het vermogen om de toekomst te voorspellen. En hoe verder deze toekomst is, hoe ‘onmogelijker’ deze waarschijnlijkheid is.

Efficiëntie en resultaat van zelforganisatie

Nu is het duidelijk waarom zelforganisatie een alomvattend fenomeen is dat voorkomt in alle systemen rondom een ​​persoon. Het heeft voornamelijk sociale (communicatie, kennis, carrière, zelfexpressie), technologische (arbeidsveiligheid en productiviteit, vooruitgang in wetenschap en technologie), juridische en politieke (vorming van burgerlijke vakbonden, politieke partijen) effectiviteit. Dankzij dit fenomeen kan een persoon zichzelf realiseren in een veilige en comfortabele omgeving. Zelfverbetering van elk individu individueel, en vervolgens de organisatie van zulke mensen in de samenleving op verschillende niveaus, leidt tot de vorming van een politiek onderlegde en ontwikkelde samenleving in alle opzichten.

Synergetica wordt meestal beschouwd als de wetenschap van zelforganisatie. Centraal in de theorie van zelforganisatie staat de term ‘structuur’ of ‘patroon’. Gray Walter heeft de volgende definitie: “Het concept van patroon impliceert elke opeenvolging van verschijnselen in de tijd of elke rangschikking van objecten in de ruimte die kan worden onderscheiden van of vergeleken met een andere reeks of andere opstelling... Over het algemeen kunnen wetenschappen worden beschouwd als ontstaat als gevolg van zoekpatronen, en kunst als resultaat van het creëren van een patroon, hoewel er een nauwer verband bestaat tussen het zoeken en het creëren van een patroon dan gewoonlijk wordt aangenomen.

Naar analogie met oscillaties kunnen patronen worden onderverdeeld in vrije, geforceerde en autopatronen (Fig. 7.1). Met autopatronen bedoelen we gelokaliseerde ruimtelijke formaties die stabiel bestaan ​​in dissipatieve niet-evenwichtsmedia en niet afhankelijk zijn (binnen eindige grenzen) van de grens- en initiële omstandigheden. Het belangrijkste in deze definitie en het onthullen van de betekenis van de toevoeging ‘auto’ aan het woordpatroon is de onafhankelijkheid van veranderingen in initiële en randvoorwaarden. Net als bij zelf-oscillaties kan een dergelijke onafhankelijkheid alleen bestaan ​​in media met dissipatie, wat zeer algemeen wordt opgevat.

Rijst. 7.1. Classificatie van structuren (patronen)

Omdat de vorming van autopatronen het resultaat is van de ontwikkeling van ruimtelijk inhomogene instabiliteiten met hun daaropvolgende stabilisatie als gevolg van het evenwicht tussen dissipatieve uitgaven en energie-input uit een niet-evenwichtsbron, is het proces van autopatroonvorming vergelijkbaar met het tot stand brengen van oscillaties in gedistribueerde zelf-patronen. oscillerende systemen (DAS). Voor dit laatste is de definitie als volgt: RAS is een niet-conservatief systeem waarin het, als gevolg van de ontwikkeling van instabiliteit, mogelijk is golf- of oscillerende bewegingen vast te stellen, waarvan de parameters (amplitude en vorm van trillingen en golven, frequentie en in het algemeen het spectrum van oscillaties) worden bepaald door het systeem zelf en zijn niet afhankelijk van veranderingen in de beginomstandigheden.

Laten we ons dominostenen voorstellen die op een rand staan. Dergelijke chips keren er, met hun kleine afwijkingen van deze positie, weer naar terug. Met andere woorden: de toestand in de vorm van een chip die op een rand staat, is stabiel met betrekking tot kleine verstoringen. Maar we weten heel goed dat als we de buitenste chip hard genoeg duwen, dit zal leiden tot een zichzelf voortplantende golf van opeenvolgende vallende chips langs de lijn van hun constructie (Fig. 7.2). De reden voor dit fenomeen is te wijten aan het feit dat in de begintoestand elke staande chip (vergeleken met een liggende chip) potentiële energie heeft. W=mgh, Waar M- chipmassa, 2 uur- zijn hoogte. Bovendien, en dit is aanzienlijk, zijn naburige chips, d.w.z. elementen van het systeem werken met elkaar samen: elke vallende chip duwt de aangrenzende chip en laat deze vallen. In het onderhavige geval is de zichzelf voortplantende golf van vallende chips een automatische golf die het systeem vanuit een metastabiele toestand met potentiële energie omschakelt. W=mgh met minder energie in een gunstiger toestand terechtkomen W=0. Door deze schakeling wordt de potentiële energie die in de chips is opgeslagen onomkeerbaar omgezet in warmte die vrijkomt als de chips vallen. De snelheid en het profiel van zo’n schakelende autowave zijn constant en zijn niet afhankelijk van de eerste druk op de eerste dominochip.

Rijst. 7.2. Autowave van opeenvolgend vallen van dominochips. Onder: autowave-profiel - posities van het zwaartepunt van de chips

De breedste definitie is zelforganisatie als de vestiging in een dissipatieve niet-evenwichtsomgeving van ruimtelijke patronen (in het algemeen gesproken evoluerend in de tijd), waarvan de parameters worden bepaald door de eigenschappen van de omgeving zelf en zwak afhangen van de ruimtelijke structuur van de bron van niet-evenwicht (energie, massa, etc.), de initiële toestand van de omgeving en de omstandigheden aan de grenzen. De voorbeelden van zelforganisatie die hieronder zullen worden besproken, kunnen als klassiek worden beschouwd; bijna elk boek over zelforganisatie geeft deze voorbeelden hun rechtmatige plaats. Dit wordt grotendeels verklaard door het feit dat het in vrij eenvoudige systemen, die we zullen bespreken, mogelijk is om de vorming van structuren met toenemende complexiteit waar te nemen zonder verschillende trucjes.

Turing-structuren. Turing probeerde in 1952 uit te leggen waarom sommige levende organismen een structuur hebben die bijna periodiek is. Dit omvat ook de taak om het mechanisme van de vorming van vlekken op de huid van dieren op te helderen. Turing liet zien dat in een aanvankelijk homogeen medium waarin chemische reacties met diffusie plaatsvinden, een verdeling van concentraties kan worden vastgesteld die periodiek in de ruimte en stationair in de tijd is. Het probleem van morfogenese is een van de centrale problemen in de studie van zelforganisatie. Het grootste probleem is het beantwoorden van de vraag: “Hoe weten aanvankelijk ongedifferentieerde cellen waar en hoe ze zich moeten differentiëren?” In individuele cellen bestaat, zoals blijkt uit experimenten, dergelijke informatie niet. Terwijl de cel zich in het weefsel bevindt, ontvangt hij informatie over zijn positie van andere cellen, waarna differentiatie plaatsvindt. Het is bekend dat bij experimenten die met embryo's werden uitgevoerd, een cel uit het centrale deel van het lichaam zich, nadat hij in het hoofd was getransplanteerd, tot een oog ontwikkelde. Deze experimenten bewezen dat cellen geen informatie hebben over hun verdere ontwikkeling, bijvoorbeeld via DNA, maar deze informatie halen uit hun positie in het celweefsel. Turing suggereerde dat de drager van dergelijke ‘positionele informatie’ een chemische structuur is – een ‘morfogeen’, dat ontstaat door de gecombineerde werking van chemische reacties en diffusie. Er wordt nu aangenomen dat bij een voldoende hoge concentratie morfogenen genen worden geactiveerd, wat leidt tot celdifferentiatie. Er moet echter worden opgemerkt dat het bestaan ​​van morfogenen nog niet definitief is vastgesteld, met uitzondering van enig indirect bewijs.

Een van de beroemdste reactie-diffusiemodellen van morfogenese is van A. Gierer en H. Meinhardt (hierna het GM-model genoemd). Het GM-model is gebaseerd op het feit dat alle cellen van een zich ontwikkelend organisme twee morfogenen kunnen produceren: een activator en een remmer, die naar andere cellen kunnen diffunderen. Als er geen diffusie is (bijvoorbeeld in het geval van ideale menging), zal het systeem als gevolg van de interactie van morfogenen een homogene stationaire toestand bereiken. Diffusie van morfogenen met dezelfde snelheid zal tot hetzelfde leiden: elke ruimtelijke afwijking van de stationaire toestand zal worden afgevlakt. Waartoe zullen de verschillende diffusiesnelheden van morfogenen leiden? Een kleine ruimtelijke verstoring kan onstabiel worden en de ruimtelijke structuur begint te groeien, omdat de reactiesnelheden op een bepaald punt mogelijk niet de tijd hebben om zich snel genoeg aan elkaar te ‘aanpassen’. Deze instabiliteit wordt diffusie genoemd en het mechanisme van structuurvorming wordt activator-remmer genoemd.

Een mooie analogie die figuurlijk het activator-remmer-mechanisme van de vorming van structuren in de verdeling van morfogeenconcentraties uitlegt, wordt gegeven in Murray’s artikel: “Laat er een zeer droog bos zijn, met andere woorden, er zijn alle voorwaarden voor een bosbrand. Om mogelijke schade tot een minimum te beperken, zijn brandweerlieden met brandblusapparatuur en helikopters verspreid over het bos. Stel je nu voor dat er brand uitbreekt (activator). Het vuurfront begint zich van de ontstekingsplaatsen te verplaatsen. In eerste instantie zijn er niet voldoende brandweerlieden (remmers) in de buurt van de brand om de brand te blussen. Met behulp van helikopters kunnen brandweerlieden echter de voorkant van het vuur ontlopen en bomen behandelen met reagentia die voorkomen dat ze in brand vliegen. Wanneer het vuur de behandelde bomen bereikt, gaat het uit. Het front zal stoppen. Als er op verschillende plaatsen in het bos spontaan branden ontstaan, zullen er na verloop van tijd meerdere zich uitbreidende vuurfronten (activeringsgolven) vormen. Dit zal op zijn beurt brandweerlieden in helikopters dwingen (remmingsgolven) om elk front in te halen en het op enige afstand van de brand te stoppen. Het eindresultaat van dit scenario zal een bos zijn met zwarte plekken met verbrande bomen, afgewisseld met plekken met groene, ongerepte bomen. In principe bootst het resulterende beeld het resultaat na dat wordt verkregen door reactie-diffusiemechanismen die worden aangedreven door diffusie.”

Benard-cellen. Een ander klassiek voorbeeld van zelforganisatie zijn de Benard-cellen. Een laag vloeistof (meestal siliconenolie) zit in een houder, meestal rond of rechthoekig van vorm. De zwaartekracht werkt op de vloeistof. De onderste vloeistoflaag wordt verwarmd en het bovenste oppervlak wordt op een constante temperatuur gehouden (bijvoorbeeld kamertemperatuur), die lager is dan de temperatuur van de verwarmer. Het is duidelijk dat er een temperatuurverschil ontstaat tussen de boven- en onderoppervlakken van de vloeistof (natuurkundigen noemen dit temperatuurverschil vaak een temperatuurgradiënt), resulterend in een warmtestroom van onder naar boven. Dit gebeurt altijd: warmte van meer verwarmde lichamen heeft de neiging zich te verplaatsen naar minder verwarmde lichamen.

Als de temperatuurgradiënt klein is, vindt warmteoverdracht plaats op microscopisch niveau: uit de cursus natuurkunde op school is bekend dat warmte niets meer is dan de beweging van vloeibare moleculen. Hoe hoger de temperatuur, hoe intenser deze zogenaamde thermische beweging van moleculen, hoe groter de snelheid van de moleculen. Vloeibare moleculen botsen met elkaar, en wanneer een ‘sneller’ molecuul botst met een ‘langzamer’ molecuul, staat het eerste molecuul een deel van de energie af aan het tweede. Het is duidelijk dat in de beschouwde vloeistoflaag in de onderste lagen de temperatuur hoger is, en dienovereenkomstig de thermische beweging van moleculen in deze lagen intenser is. In de bovenste lagen is de temperatuur lager en is de beweging van moleculen minder intens. Als resultaat van de interactie van ‘snelle moleculen’ met ‘langzame moleculen’ wordt warmte overgedragen van de onderste lagen naar de bovenste zonder macroscopische beweging van de vloeistof. Met de woorden ‘macroscopische beweging van een vloeistof’ bedoelen we het volgende: als je mentaal een bepaald klein volume in een vloeistof isoleert en alle moleculen die zich daarin bevinden controleert, zullen we zien dat alle moleculen uit dit volume deelnemen aan chaotische bewegingen (dat wil zeggen, willekeurig bewegen), tegelijkertijd voeren ze collectieve bewegingen in een bepaalde richting uit, en hun bewegingen blijken veel groter te zijn dan de grootte van de moleculen. En omgekeerd, als we het hebben over ‘microscopische beweging’, bedoelen we dat moleculen alleen deelnemen aan thermische beweging en dat er geen gerichte vloeistofstromen zijn.

Naarmate de temperatuurgradiënt toeneemt, bereikt deze een kritische waarde, en dan komt er plotseling (preciezer gezegd, het is beter om te zeggen “plotseling naar buiten”) een macroscopische beweging van de vloeistof tot stand, waardoor duidelijk gedefinieerde structuren ontstaan: in sommige gebieden wordt de verwarmde vloeistof stijgt en koelt vervolgens af aan de bovenzijde, in andere gevallen daalt het (zie figuur 7.3). Als gevolg hiervan vindt beweging plaats in de vorm van cilindrische of zeshoekige cellen. Deze cellen, die qua uiterlijk op een honingraat lijken, worden Benard-cellen genoemd.

Rijst. 7.3. Het verschijnen van zeshoekige cellen tijdens Benard-convectie in een dunne laag vloeistof. De vloeistofstroomlijnen in de Bénard-convectiemodus worden bovenaan weergegeven. Het onderste frame toont een experimentele momentopname van de Bénard-convectie. De afbeelding toont een zeshoekige convectieve structuur in een 1 mm diepe laag siliconenolie met gelijkmatige verwarming van onderaf. Als de bovengrens vrij is, wordt de stroming gecreëerd door inhomogeniteiten in de oppervlaktespanning, en niet door drijfvermogen. Licht dat wordt weerkaatst door de aluminiumvlokken laat zien dat de vloeistof in het midden van elke cel opstijgt en aan de randen daalt

Faraday-rimpelingen. Als een cuvet waarin een laag vloeistof met een voldoende hoge viscositeit (siliconenolie) wordt gegoten, periodiek in verticale richting wordt "geschud", kunnen zich op het oppervlak van de vloeistof structuren vormen die qua vorm op een rechthoek lijken. De eerste persoon die dergelijke structuren in 1831 observeerde, was Michael Faraday.

Vortexen achter een bewegend object. Als we het hebben over zelforganisatie in de hydrodynamica, is het de moeite waard om een ​​andere klasse structuren te noemen die een belangrijke praktische betekenis hebben. We hebben het over wervelingen die ontstaan ​​wanneer vloeistof of gas rond bewegende objecten stroomt, zoals vliegtuigen, auto's en schepen. En hier zijn de snelheid van een bewegend object en zijn geometrie belangrijk voor de vorming van de vortexstructuur. Je kunt dergelijke wervelingen gemakkelijk waarnemen in een ondiepe laag vloeistof: je moet een voorwerp (bijvoorbeeld de punt van een potlood) in het water laten zakken en het met een constante snelheid horizontaal bewegen. In dit geval zullen bij lage snelheden twee "snorharen" van golven worden waargenomen die zich achter het potlood bewegen. De hoek tussen deze “snorharen” hangt af van de snelheid van zijn beweging. Naarmate de snelheid toeneemt, verandert de situatie: achter het bewegende object beginnen zich wervels te vormen, die zich er vervolgens van losmaken, maar nog enige tijd door traagheid achter het object aan bewegen. Het blijkt dat de kritische snelheidswaarde, waarboven het proces van vortexvorming begint, afhangt van de geometrische afmetingen van het bewegende lichaam: hoe groter bijvoorbeeld de diameter van het bewegende object (als we een cilindrisch object beschouwen), hoe lager de bewegingssnelheid begint zich vortexstructuren te vormen. Dit is het zogenaamde Karman-spoor (Fig. 7.4).

Rijst. 7.4. Karman vortexstraat achter een cirkelvormige cilinder

Processen van zelforganisatie in de menselijke samenleving. Je moet niet denken dat het werkterrein van synergetica alleen beperkt is tot de natuurwetenschappen. Processen van zelforganisatie vinden ook plaats in de ecologie, economie, sociologie, demografie, enz. Heeft u zich bijvoorbeeld ooit afgevraagd waarom bijna dezelfde prijs wordt vastgesteld voor identieke goederen? Lijkt jou dit vanzelfsprekend? Maar verkopers kunnen hun eigen prijzen voor hun goederen bepalen, verschillende prijzen; niemand lijkt hen te dwingen dezelfde prijzen te ‘behouden’. De prijs is echter hetzelfde. Dit is slechts een voorbeeld van een zelforganisatieproces dat van belang is voor synergetica.

Er zijn nog veel meer verschillende voorbeelden, maar we zullen ons op slechts één concentreren. Het blijkt dat ‘publieke opinievorming’ (die uiteraard op verschillende manieren kan worden gedefinieerd) een collectief fenomeen is. Een van de mechanismen ervan, die van fundamenteel belang lijkt te zijn, werd ontdekt als resultaat van de experimenten van Solomon Ash. Het hoofdidee van deze experimenten was als volgt: een groep van ongeveer tien 'proefpersonen' werd gevraagd een eenvoudige vraag te beantwoorden, bijvoorbeeld aangeven welke van de drie lijnen van verschillende lengte samenvalt met het gepresenteerde segment (Fig. 7.5). Met uitzondering van één echte proefpersoon waren alle andere leden van de groep assistenten van de onderzoeker, waarvan de proefpersoon zich uiteraard niet bewust was. In het eerste experiment gaven de assistenten het juiste antwoord, en uiteraard de proefpersoon ook. In daaropvolgende experimenten gaven de assistenten onjuiste antwoorden, en 60% van de proefpersonen gaf ook onjuiste antwoorden. Dit geeft aan dat de meningen van andere groepsleden duidelijk de meningen van individuen beïnvloeden. Dit laatste effect staat in de psychologie bekend als een uiting van troost bij de meningen van vreemden en er moet rekening mee worden gehouden, bijvoorbeeld bij het horen van getuigen tijdens gerechtelijke procedures, enz. Merk op dat, aangezien individuen tijdens het proces van publieke opinievorming wederzijdse invloed op elkaar uitoefenen, dit fenomeen met synergetische methoden kan worden geanalyseerd.

Rijst. 7.5. Schema van het experiment van S. Ash. Deelnemers aan het experiment moesten een lijn op kaart B kiezen die in lengte samenviel met de lijn op kaart A. Tijdens het onderzoek werd de proefpersoon geconfronteerd met het feit dat alle andere deelnemers lijn 1 op kaart B unaniem beoordeelden als gelijk aan de steekproef. lijn

Het interessante is dat de structuurvorming in de experimenten van Ash relatief gemakkelijk kan worden vernietigd. Laten we ons voorstellen dat een eenzaam onderwerp een beetje steun zou krijgen, d.w.z. nog één persoon zou een mening hebben geuit die in strijd is met de onjuiste beoordeling van de meerderheid. Wat dan? Ash voerde een experiment uit toen een van zijn assistenten afweek van de algemene trend in een van de onderzoeken en het openlijk oneens was met de meerderheid. Onder deze omstandigheden vertoonden echte proefpersonen slechts in 6% van de gevallen conformiteit. De mate van comfort nam ook af in gevallen waarin de proefpersoon de mogelijkheid had om privé te antwoorden, d.w.z. buiten gehoorsafstand van de meerderheid van de kleine groep die wordt bestudeerd. Aan de andere kant neemt het comfort toe als de groep aantrekkelijk blijkt te zijn voor het individu. Als je van mensen houdt die in de meerderheid zijn, ben je simpelweg gedoemd om b O meer comfort omdat je ze wilt plezieren en niet afgewezen wilt worden. Al het bovenstaande kan worden beschouwd als enkele van de controleparameters van een dergelijk sociaal systeem, hoewel hun geformaliseerde formulering, in plaats van een intuïtief begrip, behoorlijk moeilijk en misschien zelfs onmogelijk blijkt te zijn. Dit is het geval wanneer de geesteswetenschappen nieuwe voorbeelden van synergetica aandragen en onderzoekers dwingen te zoeken naar nieuwe methoden om waargenomen ‘niet-fysieke’ verschijnselen te beschrijven. Het is duidelijk dat uit de analyse van zulke eenvoudige experimenten veel motieven voor het gedrag van mensen duidelijker worden, wat het belang van dergelijke onderzoeken bepaalt, inclusief die waarbij gebruik wordt gemaakt van het apparaat van synergetica.

Veel interessante voorbeelden van de vorming van dergelijke structuren in kleine sociale groepen worden beschreven in het boek The Psychology of Influence van Robert Cialdini. Hetzelfde boek bespreekt in detail de mechanismen die leiden tot de vorming van dergelijke structuren in de menselijke communicatie, bijvoorbeeld psychologische technieken en strategieën die het mogelijk maken de onderwerpen van communicatie te beïnvloeden en deze of gene mening en individueel gedrag aan mensen op te leggen, net zoals het geval was. in de ervaring van S. Esha. Cialdini stelt dus dat een dergelijke beïnvloeding in veel opzichten mogelijk is als gevolg van bepaalde gedragspatronen en reacties van mensen. In het bijzonder schrijft hij het volgende: “Ethologen, onderzoekers die het gedrag van dieren in hun natuurlijke omgeving bestuderen, hebben gemerkt dat er vaak rigide automatische patronen voorkomen in het gedrag van vertegenwoordigers van veel diersoorten. Deze automatische opeenvolgingen van acties worden rigide gedragspatronen genoemd en verdienen speciale aandacht omdat ze lijken op bepaalde automatische... reacties bij mensen. Bij zowel mensen als dieren worden deze patronen doorgaans aangestuurd door één enkel stukje informatie. Deze ene specifieke eigenschap werkt als een trigger en is vaak erg waardevol omdat het een individu in staat stelt de juiste beslissing te nemen zonder alle andere stukjes informatie in een bepaalde situatie zorgvuldig en volledig te hoeven analyseren. Het voordeel van zo’n stereotiepe reactie ligt in de effectiviteit en ‘zuinigheid’ ervan, door automatisch te reageren op de eigenschap die basisinformatie bevat: de ‘trigger’, het individu bespaart zijn tijd, energie en mentale potentieel...’

Al deze mechanismen van volgzaamheid of beïnvloeding zijn gebaseerd op bepaalde gedragspatronen (of, zoals psychologen vaak zeggen, stereotypen of toevallige schema’s), die ‘vastgebakken’ zijn in de psychologie van een persoon, die in de meeste gevallen geneigd is om automatisch, zonder na te denken, Reageer op externe informatie in overeenstemming met vooraf geleerde oorzaak-gevolgrelaties.