СИНЕРГЕТИКА И ФИЗИКА ПОТОКОВ

Общий смысл комплекса синергетических идей заключается в следующем: Процессы разрушения и созидания, деградации и эволюции во Вселенной имеют объективный характер,

Процессы созидания (нарастания сложности и упорядоченности) имеют единый алгоритм, независимо от природы систем, в которых они осуществляются.

Синергетика родом из физических дисциплин – термодинамики и радиофизики, но ее идеи носят междисциплинарный характер.

Цель работы заключается в том, чтобы исследовать механизм реализации основных принципов синергетики и условий возникновения самоорганизующихся структур на примере явления конвекции и парадигмы лазера.

Гипотеза: предположим, что существенные принципы синергетики справедливы для различных областей физики (термодинамики и радиофизики).

Для подтверждения этой гипотезы необходимо

Задачи:

· познакомиться с литературой по данному вопросу,

· рассмотреть основные понятия синергетики

· проанализировать условия самоорганизации:

- устойчивость и неустойчивость равновесия в механике

- парадигма лазера

- конвекция.

Синергетика - наука, изучающая системы, состоящие из многих подсистем самой различной природы; наука о самоорганизации простых систем.

Самоорганизация, по определению автора науки, немецкого физика Германа Хакена, - "спонтанное образование высокоупорядоченных структур из зародышей или даже из хаоса, спонтанный переход от неупорядоченного состояния к упорядоченному за счет совместного, кооперативного (синхронного) действия многих подсистем".

В синергетике используются понятия : бифуркация, флуктуации, хаос, аттрактор.

Чтобы в системах шла самоорганизация, должны выполняться следующиенеобходимые условия:

а) система должна быть открытой и находиться достаточно далеко от состояния, соответствующего термодинамическому равновесию.

б) необходимо, чтобы порядок возникал благодаря флуктуациям, которые сначала осуществляют, а затем усиливают его.

в) важнейшим условием является наличие положительной обратной связи.

г) необходимым условием считается и достижение системой некоторых критических размеров, способствующих и усиливающих кооперативное поведение элементов системы.

Эти четыре условия характеризуют наиболее важные грани процесса самоорганизации.

Проверим данный механизм потери устойчивости на примере одного из самых красивых явлений макромира – КОНВЕКЦИИ.

Если разность температур слоев ΔТ мала, то передача энергии происходит за счет теплопроводности: молекулы нижнего слоя, обладая большей энергией, взаимодействуя с молекулами более холодных слоев, передают им избыток своей энергии, при этом вещество не перемещается (макроскопическое движение жидкости отсутствует). Однако при некотором значении температуры, теплопроводный механизм передачи тепла становится неустойчивым. Более выгодным для системы оказывается конвективный механизм передачи тепловой энергии, при котором в жидкости возникает макроскопическое движение. Фактически найдено условие потери устойчивости, за которым следует самоорганизация системы.

Неустойчивость Тейлора. Примерами самоорганизации являются также известные нам явления. Такие как, закручивание воды, выливающейся из сливного отверстия в раковине, чаинки при перемешивании сахара в стакане. В общем случае можно сказать, что вращение жидкости в одной плоскости, как правило, приводит к ее движению в перпендикулярной плоскости.И наоборот.

А для немеханических систем в положении устойчивого равновесия минимум должна иметь не энергия, а некоторая другая величина, в определенном смысле аналогичная энергии. В частности, если речь идет о лазерном излучении, то подобным образом ведет себя так называемый параметр порядка.

Таким образом, сущность одних и тех же принципов справедлива и может проявляться в весьма разнообразных областях физики, где имеют место процессы самоорганизации. Рассмотрев конкретные физические явления, считаем, что подобранный материал может быть интересным для старшеклассников, занимающихся на межпредметных элективных курсах, факультативах. Перспективы развития дальнейшего понимания поставленных вопросов, применимы к различным дисциплинам. В настоящее время слово синергетика все еще напоминает скорее некий лозунг, или призыв, чем совокупность ясных научных идей, оформленных в стройную теорию. Однако, 1995 года в Российской академии государственной службы при Президенте РФ проводится ежегодный методологический семинар, одним из направлений работы, которого является « приложение» синергетического подхода к актуальной социально-философской проблематике. Что говорит о перспективах развития этой науки. 

Автор:  Суркова Диана, 10ЛН класс
Научный руководитель: Игонина Ирина Николаевна