<<
>>

Симфония горения

Синергетика — это активно развивающаяся междисциплинарная область знания, еще не оформившаяся дисциплинарно как традиционные естественно-научные и гуманитарные дисциплины. Естественно поэтому то, что она не является неким монолитным научным течением, но распадается, «разветвляется» на ряд относительно независимых, отчасти конкурирующих друг с другом научных теорий, несущих на себе личную печать их основателей.

Работы по теории самоорганизации (синергетике) были начаты А. Тьюрингом, И. Пригожиным, Г. Хакеном, М. Эйгеном, В. Эбелингом и другими учеными. Еще раз подчеркнем особенности того положения, которое занимает представляемое здесь направление исследований, проводимых в Институте прикладной математики им. М. В. Келдыша и в Институте математического моделирования РАН, на факультете ВМиК МГУ, в спектре иных направлений развития теории самоорганизации. В чем специфика нашего понимания синергетики?

Одна из областей исследований связана с решением функциональных уравнений, оценкой возникновения бифуркаций, многократных ветвлений, путей развития хаоса (Г. Г. Малинецкий и группа исследователей в ИПМ им. М. В. Келдыша РАН).

Еще одна постоянно расширяющаяся область научных разработок связана с полем конечных автоматов, применением этой модели к пониманию функционирования нейронных сетей коры головного мозга, к игре «Жизнь», к пониманию феномена жизни и возникающих здесь интересных связей между прерывным и непрерывным. Нечто подобное осуществляет в своей книге С.Я. Беркович[87]). Он развивает представления о мире как некой дискретной среде — поле клеточных автоматов. При этом предполагается, что в основе наблюдаемого сложного поведения лежит простое. Сложное моделируется простым. Ясные и однозначные правила локального поведения, правила пошагового перехода между ближайшими элементами среды описывают сложные конструкции самоорганизующегося мира.

Названные области синергетических исследований лишь относительно независимы. Модель поля конечных автоматов сближается с нелинейными моделями, с решением нелинейных уравнений, описывающих сложное поведение. Можно написать или нелинейные уравнения, или правила связи элементов на поле конечных автоматов. Оказывается, что в ряде случаев эти описания эквивалентны. Доказано, в частности, что при соответствующих условиях поле конечных автоматов с определенными правилами перехода между элементами среды моделируется уравнениями магнитной гидродинамики. Нелинейность содержится как в той, так и в другой модели, но эта нелинейность, эти нелинейные свойства среды, пожалуй, легче и нагляднее демонстрируются на поле конечных автоматов.

Специфика представляемой здесь научной школы связана с сочетанием вычислительного эксперимента и аналитических методов, позволяющих изучать развитые стадии нелинейно протекающих процессов. Поведение открытых нелинейных систем (сред) определяется конкуренцией, взаимной игрой двух факторов: «работой» нелинейных источников и стоков, т. е. фактором создания неоднородностей в среде, с одной стороны, и фактором размывания, разрушения неоднородностей, создаваемых источниками, диссипацией — с другой. Фактически синергетика предстает как термодинамика открытых нелинейных систем, отвечающая на вопрос, куда идут процессы в такого рода системах.

Создан новый математический аппарат, позволяющий изучать нестационарные диссипативные структуры. Широко используются инвариантно-групповые методы (Ли Беклунда и В. А. Дородницына для дискретной среды), метод автомодельных решений, метод операторного сравнения, новые методы исследования квазилинейных параболических и нелинейных эллиптических уравнений, связанных с изучением режимов с обострением (blow up).

Отличительные черты проблемного поля, по которому проходят изыскания научной школы в ИПМ им. М. В. Келдыша РАН, — это исследование спектров структур-аттракторов как метастабильно устойчивых образований, к которым эволюционируют процессы в открытых и нелинейных средах; выявление причин локализации процессов в нелинейной среде, особенно при наличии нелинейной положительной обратной связи; исследование феномена инерции тепла, условий локализации термоядерного горения на определенной стадии.

Эти научные результаты получены при изучении процессов в плазме. Здесь теоретически и экспериментально обнаружен Т-слой и изучено его применение в МГД-преобразователях энергии. Предложено другое объяснение хромосферных вспышек на Солнце. Проводится исследование процессов кумуляции, в частности, в ЛТС (лазерном термоядерном синтезе).

В качестве одного из наиболее существенных продвижений названной научной школы можно выделить изучение режимов с обострением[88]К Последние представляют собой режимы сверхбыстрого развития процесса, когда характерные величины (температура, энергия, концентрация) неограниченно возрастают за конечное время, называемое временем обострения. В основе механизма такого развития лежит нелинейная положительная обратная связь.

На первый взгляд кажется, что это весьма частная задача, что процессы сверхбыстрого роста редко встречаются в природе, что они имеют локальный, сугубо ограниченный характер. На сегодняшний день совершенно очевидно, что это не так.

Режимы с обострением исследуются сегодня более чем в шестидесяти различных типах задач. Методология решения «задач на обострение» позволяет с нетрадиционной точки зрения рассмотреть ряд классических задач механики, связанных с процессами сжатия, кумуляции, кавитации. Есть основания полагать, что возможны новые подходы к задачам коллапса — быстрого сжатия вещества, в химической кинетике, в метеорологии (к катастрофическим явлениям в атмосфере Земли), в экологии (к росту и вымиранию биологических популяций), в нейрофизиологии (к моделированию распространения сигналов по нейронным сетям), в эпидемиологии (к вспышкам инфекционных заболеваний), в экономике (к феноменам быстрого экономического роста, «экономического и технологического чуда», которые можно было наблюдать в странах южно- азиатского региона — «азиатских драконах»), в науковедении (к процессам роста информации, к информационному взрыву), в демографии (к процессам роста народонаселения Земли).

В условиях нарастающих темпов изменений в мире, свидетелями которых мы являемся, трудно говорить о стационарных структурах, об устойчивых, и тем более неизменных, образованиях, как о чем-то лежащем в основе мироздания.

Стационарные структуры, возникающие на стоках открытой самоорганизующейся системы, изучаемые в большинстве моделей синергетики, являются, строго говоря, тупиками эволюции.

Устойчивость, или хотя бы метастабильную устойчивость, следует искать в динамике, а не в неподвижности во времени. В чем заключается, например, устойчивость положения велосипедиста? Его положение устойчиво благодаря движению: пока и поскольку он едет, он не падает. И наоборот, пока и поскольку он готов к падению, постоянно виртуально пробует упасть, он уверенно едет. Увеличение скорости его движения (разумеется, до некоторого предела) ведет к повышению устойчивости его движения. Это пример устойчивости динамического типа, которая составляет основу важного современного представления об устойчивом и самоподдерживающемся развитии (sustainable development).

В картину эволюционирующего мира вписывается представление о динамической устойчивости. Внимание при этом направлено на устойчивые направления развертывания нестационарных (эволюционирующих) структур, возникающих за счет нелинейных источников энергии и благодаря колоссальному ускорению процессов, благодаря обострению.

Основная используемая модель, претендующая на объяснение процессов самоорганизации, образования структур и их сверхбыстрого развития — это математические закономерности процессов горения и теплопроводности (диффузии) в открытых нелинейных средах. На активной горючей среде, среде с нелинейными источниками энергии, несмотря на наличие диссипативных, рассасывающих неоднородности факторов

(теплопроводности, диффузии, дисперсии и т.д.), возникают и самопод- держиваются очаги горения, метастабильные структуры горения.

На современном этапе эта модель представляет собой одну из наиболее простых, но глубоко содержательных моделей процессов самоорганизации. Огонь или горение можно рассматривать в качестве типичного процесса, который может самовозобновляться, саморегулироваться и увеличиваться по интенсивности с драматической быстротой.

Не менее важен также символический и метафорический смысл образа огня, глубокие корни метафоры горения в истории культуры. В Ригведе, в самом древнем источнике из всей ведической литературы, многочисленные гимны посвящены Агни — богу огня. Агни — это и свет небес, разгоняющий мрак, и свет жертвенного костра, уносящего жертву к богам (как посредующее звено между людьми и богами), и свет вдохновения внутри нас.

Огонь вездесущ. А образ огня глубоко метафоричен. Человеческое тело ведь, по сути дела, представляет собой процесс горения, процесс непрерывного окисления и воссоздания, сохранения своей целостности, происходящий на открытой среде. Впрочем, любой физический организм являет нам пример более или менее длительного процесса горения, процесса уничтожения, выгорания, хотя бы частичного, среды и ее самовозобновления, самоподдержания, роста. Отождествление огня и жизни восходит к учению прославленного врача и натурфилософа эпохи Возрождения Парацельса. Он считал, что там, где есть огонь, есть и источник жизни, ее порождения и исцеления, поскольку огонь символизирует имманентно присущее бытию свойство становления.

Французский философ Гастон Башляр изучает двуликую и противоречивую природу огня и особенности образа огня в человеческом разуме. Он справедливо отмечает, что огонь преподает человеку урок глубины становления4^. Это и внешний для нас огонь-разрушитель, поглощающий жизнь и сложную организацию, и внутренний, интимный огонь-созидатель, творец жизни и ее новых форм. Это и то, что мы имеем, что мы переняли и пытаемся сохранить, и то, что существует в нас имманентно благодаря нашей внутренней природе, огонь собственного становления и расцветания, личностного роста, который можно обнаружить и которому можно лишь дать возможность разгореться с драматической быстротой.

Созерцатель огня видит в нем образ изменения — стремительного и наглядного. Огню не свойственно абстрактное однообразие водного потока; он растет и меняется быстрее, чем птенец в гнезде среди кустов, за которым наблюдаешь изо дня в день, — и потому он вызывает жажду перемен, желание ускорить время, подвести всю жизнь к завершению, к пределу потустороннего.

Такая мечта, поистине захватывающе-драматичная, расширяет горизонты человеческой судьбы, связывает малое с великим, очаг с вулканом, существование куска дерева с бытием

Башляр Г. Психоанализ огня. М.: Прогресс, 1993. С. 89.

целого мира. Зачарованный человек слышит зов огня. В разрушении ему видится нечто большее, чем просто изменение, — обновление 5\

Синергетика пытается установить сквозную связь между различными уровнями бытия — его макро-, мезо- и микроуровнями, между формами собственной, спонтанной организации живого и неживого. Она ищет аналоги живого в неодушевленной* природе, к примеру элементы самодостраивания в мире структур физической природы. Вероятно, есть некоторый смысл в наивных гилозоистических представлениях древних, в представлениях о Земле как о неком едином живом организме (Гайя), о ее «дыхании», ритмах жизни, или же представлениях об атомах или звездах как о «существах», имеющих свою собственную жизнь.

Далее мы предпримем попытку развернуть представление об атоме как структуре горения некой среды и сформулировать некоторые важные постановки, вытекающие из синергетического видения квантовомеханической реальности. 

<< | >>
Источник: Князева Елена Николаевна, Курдюмов Сергей Павлович. Синергетика: Нелинейность времени и ландшафты коэволюции. 2011

Еще по теме Симфония горения:

  1. Освобождение от монголов и учение о Третьем Риме
  2. Отношения недостаточного дополнения
  3. НА КОНСУЛЬТАЦИИ У ПСИХОЛОГА О БЕССОННИЦЕ
  4. 6.7. Какова была роль церкви в Московском государстве?
  5. Е.А. Крамер- Агеев, В.В. Костерев, И.К. Леденев, С.Г. Михеенко, Н.Н. Могиленец, Н.И. Морозова, С.И. Хайретдинов. Основы безопасности жизнедеятельности: учебное пособие, 2007
  6. 15.1. Синдром психического выгорания и его симптомы
  7. 9. Церковь
  8. 2.2.1. Социальная структура и распределение в развитом родовом обществе
  9. 6. Культура и общественные процессы в первые послевоенные годы
  10. 13.4. Атмосфера
  11. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА АЭРОЗОЛЕ
  12. дВИЖЕНИЕ ЗА НАЦИОНАЛЬНУЮ ИДЕНТИЧНОСТЬ В АЛБАНИИ
  13. ФРАНЦУЗСКИЙ РОМАНТИЗМ
  14. Приложение
  15. ИСПЫТАНИЯ ФИЛЬТРОВ НА ОГНЕСТОЙКОСТЬ
  16. ВИЗАНТИЯ
  17. 9.5. Добыча, транспорт и переработка угля
  18. Моральная и эстетическая ценности
  19. В сердце города
  20. Добывание огня