Самоорганізація

Самоорганіза́ція — термін, який вживається для визначення процесів виникнення складних структур при відсутності нав'язаного зовнішньою дією порядку. Процес, в ході якого створюється, відтворюється або вдосконалюється організація складної динамічної системи.

Утворення конвективних комірок Бенара при однорідному нагрівання шару рідини — приклад самоорганізації в фізиці

Самоорганізація виникає у відкритих нелінійних, нерівноважних, складних системах. Одним із проявів самоорганізації вважається виникнення та існування життя. До прикладів самоорганізації належать виникнення автоколивань і періодичних структур на зразок комірок Бенара, автохвилі, бі- та мультистабільність тощо.

Процеси самоорганізації вивчає сучасний міждисциплінарний розділ науки — синергетика.

Концепція самоорганізації одержує поширення не тільки в природознавстві, але й у соціально-гуманітарному пізнанні. Оскільки більшість наук вивчають процеси еволюції систем, то вони змушені аналізувати й механізми їхньої самоорганізації. Наприклад, органи самоорганізації населення — представницькі органи, що створюються жителями, які проживають на законних підставах на певній території, населеному пункті, для вирішення окремих питань місцевого значення.

Самоорганізація та ентропіяРедагувати

Процеси самоорганізації виникають в системах, далеких від стану термодинамічної рівноваги. В рівноважному стані ентропія термодинамічної системи має максимальне значення (дивіться Другий закон термодинаміки), що відповідає максимально можливому безпорядку. Впорядкований стан може виникнути в тому випадку, коли система відкрита, тобто обмінюється енергією і масою з навколишнім середовищем. Такі системи називають дисипативними, оскільки вони розсіюють (дисипують) отриману від зовнішнього джерела енергію. Притік і дисипація енергії відповідають від'ємному потоку ентропії. Так, наприклад, при виникненні комірок Бенара, шар рідини підігрівають знизу. Від'ємний потік ентропії дорівнює

 ,

де   — зовнішній вклад у ентропію,   — тепловий потік,   — температура дна посудини,   — температура верхнього шару рідини.

В умовах з від'ємним потоком ентропії через систему, її стан вже не обов'язково повинен бути максимально невпорядкованим. Таким чином виникає можливість створення складних впорядкованих структур.

Теорія самоорганізаціїРедагувати

Єдиної загальновизнаної теорії самоорганізації нині не існує. У 60-70-х роках XX століття німецький фізик Герман Хакен (H. Haken) і бельгієць російського походження Ілля Романович Пригожин (Prigogine) майже одночасно описали появу складних впорядкованих структур і процесів в нерівноважних системах. І. Пригожин розглядає як самоорганізацію виникнення дисипативних структур - просторово неоднорідних станів в термодинамічно відкритих системах. У синергетики подібним же чином самоорганізацією вважають структурування, поява впорядкованості, періодичності в просторі або часі.

Деякі дослідники надають перевагу терміну «самосборка», розуміючи його як автономну мимовільно організацію компонентів на всіх рівнях, від молекулярного до планетарного (Whitesides, Grzybovsky, 2002). Близький за змістом і термін «емерджентність» — виникнення "складної системи", знову виникаючі (емерджентні) властивості якої не можуть бути пояснені властивостями її компонентів (Gallagher, Appenzeller, 1999).

Спонтанне структурування в умовах припливу енергії ззовні відомо вже давно. Класичним прикладом може служити виникнення осередків Бенара. Поява складної просторової організації з узгодженим, когерентним переміщенням безлічі молекул і утворенням конвективних осередків у формі геометрично дуже правильних шестигранних структур в підігрівається знизу досить в'язкої рідини, наприклад, в шарі силіконового масла.

Реакція Бєлоусова-Жаботинського і багато процесів в біології являють собою автокаталітичні реакції, в яких для синтезу деякої речовини потрібна присутність цієї ж речовини; такий зворотний зв'язок графічно зображується реакційної петлею зворотного зв'язку. Математично динаміка подібних систем описується нелінійними диференціальними рівняннями. Періодичність у часі реакції Бєлоусова-Жаботинського (з використанням як окисляємого субстрату малонової кислоти) — самоорганізовані «хімічні годинники» — була теоретично описана розробленою І. Пригожиним в Брюсселі моделлю, названою «брюсселятором» американськими вченими, які в свою чергу запропонували як моделі «орегонатор» і «палоальтонатор».

Численні приклади самоорганізації наявні в космології, фізиці, хімії, біології та техногенних системах (електричних мережах, комп'ютерах). Непередбачувана поведінка спостерігається навіть в простих системах, у більш складних системах така поведінка неминуче. Складна взаємодія з виникненням «соціального» поведінки (появи лідера і ведених) виявлено в групі роботів, що мають найпростіші однакові індивідуальні програми (Уорвік, 1999).

Див. такожРедагувати

ДжерелаРедагувати

ЛітератураРедагувати

  • (рос.) Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. — М. : Эдиториал УРСС, 2001.
  • (рос.) Седов Е. А. Эволюция и информация. — М., 1976.
  • (рос.) Седов Е. А. Взаимосвязь энергии, информации и энтропии в процессах управления и самоорганизации // Информация и управление. Философско-методологические аспекты. — М. : Наука, 1985. — С. 169-193.

ПосиланняРедагувати

Англійською

Дисертації на тему самоорганізації