Відкриті системи, дисипативні структури. Фізичний та динамічний хаос фрактальних структур й розмірності дивних атракторів. Застосування понять фізики відкритих систем до моделювання обробки інформації. Синергетика від термодинаміки і статистичної фізики.
Аннотация к работе
Метою даної роботи є розгляд питання, чим являється у наш час фізика відкритих систем? Під час навчання нам довелося вивчити курс загальної фізики і у ньому не було згадки про фізику відкритих систем. Для його характеристики можна привести короткий перелік ключових слів і понять: хаос і порядок; відкриті системи; критерії відносного ступеня впорядкованості станів відкритих систем; норма хаотичності; деградація й самоорганізація; діагностика відкритих систем; конструктивна роль динамічної нестійкості руху атомів; перехід від оборотних рівнянь до необоротних.Розглянемо питання, що ж являють собою відкриті системи? Відкриті системи можуть обмінюватися з навколишніми тілами енергією, речовиною й, що не менш важливо, інформацією. Процес обміну енергії чи маси носить назву дисипації. Ці елементи можуть бути мікроскопічними, наприклад атоми або молекули у фізичних і хімічних системах. Дисипація енергії відіграє при утворенні таких структур конструктивну роль.В останні роки стало широко використовуватися поняття "динамічний хаос" для характеристики складних рухів у порівняно простих динамічних системах. Про динамічну систему говорять у тому випадку, якщо можна вказати такий набір величин, які називають динамічними змінними системи, що характеризують стан, і їхні значення в будь-який наступний момент часу випливають із вихідного набору за певним правилом. Якщо стан системи задається набором N величин, то зміна стану в часі, чи динаміки системи, можна представити як рух точки по траєкторії в N-мірному фазовому просторі, що називають фазовою траєкторією. Зокрема, останнім часом й у теоретичних дослідженнях, і в роботах прикладного характеру дуже часто розглядають системи з дискретним часом, які описуються рекурентними відображеннями. У цьому випадку тимчасова еволюція повинна визначатися не тільки станом самої системи, але й оточенням.Ця підмножина для випадку регулярної динаміки може бути або стійкою стаціонарною точкою, або стійким граничним циклом, або інваріантним тором. Однак складні геометричні притягаючі множини, можуть виникати й у так званих точкових відображеннях - динамічних системах з дискретним часом. Як ми вже відзначали, дивні атрактори звичайно близькі по своїй структурі до канторових сил, тому варто очікувати, що розмірність дивного атрактора буде дробовою. Значення параметрів, при яких відбувається топологічна (або якісна) перебудова сталих режимів руху в системі, називаються біфуркаційними значеннями, а сама перебудова - біфуркацією. Припустимо, що динамічна система, що задає диференціальними рівняннями, залежить від деякого керуючого параметру : Припустимо також, що система (1) має стаціонарний розвязок х°.Знання основних закономірностей утворення структур в активних середовищах, а також у мережах, що складаються з великої кількості активних елементів, дозволяє перейти до цілеспрямованого створення розподілених динамічних систем, які формують ті або інші просторові структури. Число звязків одного нейрона може досягати десятків тисяч. Завдяки роботам нейрофізіологів досить добре відомий механізм дії окремого нейрона. Переходи між станами керуються як процесами всередині самої клітини, так й електричними сигналами, що надходять до неї по відростках від інших нейронів. Через якийсь час здатність до збудження відновлюється й нейрон повертається в стан спокою. У мозку немає твердої структури звязків між нейронами, що була б подібна до електричної схеми ЕОМ.У роботі розглянуті питання, що стосуються розвитку уявлень про фізику відкритих систем, розглянуто основні галузі застосування фізики відкритих систем до аналізу складних рухомих систем, а саме атмосферних явищ, турбулентних та конвективних процесів в рідинах та атмосфері, коливних та авто коливних процесів.
Вывод
У роботі розглянуті питання, що стосуються розвитку уявлень про фізику відкритих систем, розглянуто основні галузі застосування фізики відкритих систем до аналізу складних рухомих систем, а саме атмосферних явищ, турбулентних та конвективних процесів в рідинах та атмосфері, коливних та авто коливних процесів.
Фізика відкритих систем також займається вивченням методів обробки інформації та створенням систем штучного інтелекту, самонавчаючих систем та нейронних систем обробки інформації, що являється важливим етапом у створенні компютерних систем нового покоління. У майбутньому ми станемо свідками розширення застосування фізики відкритих систем у багатьох галузях життя.
Список литературы
1. Ю.Л. Климентович. Введение в физику открытых систем. Соросовский образовательный журнал, №8, 1996, с. 109 - 116.
2. Ю.Л. Климентович. Критерии относительной упорядоченности открытых систем. Успехи физических наук. Т. 166, 311, 1996, 1231 - 1243.
3. В. С. Анищенко Динамические системы. Соросовский образовательный журнал, №2, 1994, с. 87 - 92.
4. С.П.Кузнецов Динамический хаос. М.: Наука. 2001, 297 с.
5. Р. М. Кроновер Фракталы и хаос в динамических системах. Основы теории. Пер. с англ. М.: Постмаркет, 2000, 352 с.
6. А.Ю.Лоскутов, А.С.Михайлов Введение в синергетику. М.: Наука, 1990, 272 с.
7. И.Пригожин, И. Стенгерс Порядок из хаоса. Пер. с англ. М.: Прогресс, 1989, 431 с.
8. А.Л.Эфрос Физика и геометрия беспорядка. Библиотека «Квант». М.: Наука, 1982, 265 с.