Нелинейность мира в явлениях природы

Сб, 03/01/2014 - 20:22

Нелинейная парадигма

Парадигма — это система взглядов, исходных положений данной науки.

Основные положения нелинейной парадигмы были сформулированы автором настоящей работы более четверти века тому назад и опубликованы в ряде работ. Они сводятся к следующему: окружающий нас мир, вообще говоря, нелинеен, он описывается нелинейными уравнениями. Поэтому нелинейные явления в современной науке не исключение, а закономерность. Нелинейность — универсальное, фундаментальное и главное свойство мира. Оно изначально присуще природе. Материя — сверхсложная нелинейная система. Ее эволюция (движение) описывается нелинейными соотношениями. Нелинейность — движущая сила направленной эволюции. Нелинейная наука сложнее и богаче явлениями, чем линейная (или же линеаризованная) наука. Последняя представляет собой предел (и весьма «скромный») нелинейной науки. Нелинейное мировидение — более адекватное, оно более объемное и более многообразное, чем линейное мировидение. Сегодня мы еще очень мало знаем о многих удивительных свойствах нелинейного мира, но еще меньше умеем их использовать. Возможность перехода нелинейной системы от порядка к хаосу и от хаоса к порядку — два важнейших свойства нелинейного мира.

Роль нелинейных явлений и их моделей

В формировании нелинейного мировидения неоценимую роль сыграли «веховые» наблюдения и эксперименты, а также «веховые» модели. Перечислим некоторые из них.
Без сомнения, к «веховым» наблюдениям следует отнести обнаружение уединенных волн, проявлений ударных волн в газах и жидкостях, ячеек Бенара, периодичности в химических реакциях, периодических колебаний числа хищников и их жертв, упорядоченных процессов в лазерах, хаотических колебаний в простых детерминированных системах и многое другое.
«Веховые» модели следует разделить на аналитические и компьютерные.

Определяющую роль сыграли эталонные нелинейные уравнения и их точные аналитические решения. Примерами таких уравнений являются уравнения Римана, Бюргерса, Кортевега — де Вриза, Кадомцева — Петвиашвили, нелинейное уравнение Шредингера и ряд других. Анализ решений эталонных уравнений позволил «прочувствовать» нетривиальность нелинейных процессов, их специфику, подойти к выработке нелинейной интуиции, заложить основы нелинейного мировидения.

Исключительнуя роль в формировании нелинейных представлений сыграли решения нелинейных задач на ЭВМ. «Веховыми» были проблема Ферми-Пасты-Улама (изучение колебаний нелинейной струны), исследование модели А. Тьюринга (моделирование явления морфогенеза), задача о взаимодействии уединенных волн (солитонов), изучение метеорологической модели Э. Лоренца, исследование процессов «обострения» при нелинейном нагреве вещества и многие другие. Компьютерное решение «веховых» нелинейных задач способствовало ускорению процесса выработки нелинейной интуиции и, в конечном итоге, нелинейного мировидения.

Свойства нелинейности

Нелинейные системы и протекающие в них процессы обладают рядом непривычных для линейного мировидения свойств. Рассмотрим их несколько подробнее.
Свойство эмержментности (появляемости). Система не просто состоит из подсистем. Целое не равно сумме частей, оно качественно иное. У системы появляются свойства, отсутствующие в подсистемах. Благодаря этим свойствам, к примеру, может взорваться «правильно устроенная» атомная электростанция или начаться третья мировая и, конечно же, ракетно-ядерная война из-за нелинейных процессов («сбоев») в системах предупреждения о ракетном нападении, хотя «противник» и не собирался нападать. Непознанное свойство эмержментности для вновь созданной сложной, а значит, и нелинейной системы, является опасным для человека, больших групп людей и даже всего человечества.

Свойство пороговости систем. При определенном диапазоне варьирования параметров нелинейной системы качественное изменение ее состояния не происходит. При достижении этими параметрами критического (порогового) значения состояние системы может качественно измениться. Это происходит в точках бифуркаций.

Свойство поливариантности эволюции. Это свойство связано с раздвоением траекторий в точках бифуркаций. Если точек бифуркаций много — возникает поливариантность эволюции нелинейных систем. Поливариантность не всегда приемлема. Особенно в жизни общества, страны и даже человечества. Вот почему выбор, к примеру, той или иной политической силы является исключительно важным.

Созидательная роль флуктуаций. Малые флуктуации в окрестности точек бифуркаций способны увести нелинейную систему по той или иной траектории, по тому или иному пути эволюции. Политическая воля одного человека может увести страну или группу стран совсем по другому пути развития. Как тут не вспомнить роль личности в истории — роль Наполеона, Гитлера, Сталина и им подобных.

Свойство дискретности путей эволюции. Это свойство связано с конечностью числа возможных траекторий, по которым может пойти развитие нелинейной системы. После развала СССР, например, каждая вновь образовавшаяся суверенная страна могла пойти по капиталистическому, некапиталистическому или какому-то еще пути развития.

Свойство необратимости нелинейной открытой системы. Это свойство также связано с ключевой ролью случайных флуктуаций вблизи точек бифуркаций со случайностью выбора пути эволюции.

Нелинейный взгляд на мир

Перечислим кратко особенности нелинейного мировидения.

Нелинейная картина мира намного сложнее, более объемная, более многогранная, чем линейная картина мира.
Нелинейность проявляется как универсальное и фундаментальное свойство мира. Скорее всего, это свойство — главное.
Нелинейность порождает нетривиальность гипотез, идей, результатов и следствий.

Реакция системы изменяется не пропорционально приложенному воздействию. Значительные усилия могут приводить к ничтожному результату. Кому не знакомо выражение «Все усилия уходят в песок»!

Другие материалы рубрики


  • ...Теории, которые пытаются объединить все четыре типа взаимодействия, называют «Универсальными теориями», «Теориями всего сущего» или «Теорией великого объединения». Если бы у нас была такая теория, то это бы означало, что человечеству удалось построить замкнутую физическую картину мира, она бы включала в себя все базовые принципы и законы мироздания, и во всей Вселенной уже не было бы того, что мы не можем понять и описать. Эта заветная цель современной физики пока еще далека от того, чтобы быть достигнутой, но уже сейчас делаются попытки построения таких теорий...

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Очевидные успехи в развитии науки и техники в XIX и ХХ веках вызвало в мировом общественном сознании некую эйфорию, уверенность в том, что человек стал властелином Природы, что его знания об устройстве окружающего Мира почти абсолютны, что человек может все. И действительно, изобретение в конце 18 века паровой машины существенно изменило жизнь общества, в значительной мере освободив его от утомительного физического труда, заложило основы современной промышленности и транспорта. Постулирование Исааком Ньютоном на рубеже 17 и 18 веков его трех принципов движения материальных тел и закона всемирного тяготения, создание начал дифференциального исчисления вызвало к жизни целый ряд научных открытий. Трудами нескольких поколений ученых в 18-19 столетиях была построена научная дисциплина, очертившая основы машиностроительной и технологической культуры нашей цивилизации, называемая сегодня теоретической механикой. Далее последовали фундаментальные открытия в области астрономии, физики, химии, получившие выход в различные области технических приложений — металлургию, строительство, транспорт, химическое производство, энергетику, судостроение, электротехнику, проводную и беспроводную связь, военное дело. Быстро развивались биология и медицина.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • Известно, что в состав топлива входят такие горючие элементы, как углерод, водород и сера. Поэтому на основе предположения о том, что данные компоненты в топливе имеют вид смеси, можно осуществить подсчёт теплотворной способности данного топлива, как суммы компонентов смеси.



  • ...В некоторых же отношениях электроны ведут себя подобно волнам. Человеческое воображение бессильно представить нечто такое, что может быть одновременно и волной, и частицей, но само по себе существование дуализма волна-частица, которая называется корпускулярно-волновым дуализмом, не вызывает сомнения. Так, объект, который обычно считают волной, обретает в микромире свойство частицы, например, световая волна, ведет себя подобно потоку частиц, выбивая электроны с поверхности металла (фотоэлектронный эффект). Частицы света называются фотонам, и физики относят их наряду с электронами и кварками к фундаментальным частицам. Наглядно представить волну-частицу невозможно, не стоит и пытаться, потому что в повседневной жизни нет ничего такого, что хотя бы отдаленно напоминало подобную нелепость...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • В 1905 г. Альберт Эйнштейн предложил частную теорию относительности и опроверг представление о свете как о колебаниях гипотетической среды — эфира. Великий физик утверждал, что, в отличие от звуковых, световые волны могут распространяться в вакууме и для их существования не требуется какой-либо материальной среды. Это справедливо и в общей теории относительности, и в квантовой механике. Вплоть до сегодняшнего дня все экспериментальные данные в масштабах от субъядерного до галактического успешно объясняются названными теориями.
    Тем не менее существует серьезная концептуальная проблема: с позиций современной науки общая теория относительности и квантовая механика несовместимы. Гравитация, которую общая теория относительности приписывает искривлению пространственно-временного континуума, никак не вписывается в рамки квантовой механики. Физики сделали лишь небольшой шаг к пониманию сильно искривленной структуры пространства-времени, которая, согласно квантовой механике, должна наблюдаться на чрезвычайно малых расстояниях.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...Технология плазменных ускорителей развивается семимильными шагами. Многие принципиальные проблемы уже решены, но создание конкретных устройств пока сопряжено с серьезными трудностями. В частности, инженерам еще предстоит повысить эффективность ускорителя (долю энергии ведущего импульса, которая передается ускоряемым частицам), точность настройки пучков (в точке столкновения они должны быть выровнены с точностью до единиц нанометров) и частоту повторения рабочих циклов (количество импульсов, ускоряемых за единицу времени). Плазменные установки могут ускорять и более тяжелые частицы, например, протоны. Однако тут есть одно важное требование: вводимые частицы должны двигаться почти со скоростью света, чтобы не отстать от плазменной волны. Это означает, что энергия ускоряемых протонов должна быть не меньше нескольких ГэВ...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Полное отсутствие проводов у электробытовых приборов и доступ к электроэнергии в любой точке земного шара без ограничений, в требуемом количестве — имея при себе лишь передатчик размером со спичечный коробок…

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Научно-технический прогресс — один из главных рычагов создания материально-технической базы будущего нашей страны, который возможен только на основе своевременного внедрения достижений современной науки путем использования всего арсенала средств, способствующих его ускорению.
    Революционные изменения в технике, на основе обновленных знаний, происходят в последние десятилетия столь стремительно, что часто приходится только удивляться новинкам. Творчество вечно, но, к сожалению, технические идеи часто остаются невостребованными.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...Состояние в сверхпроводнике 1-го рода, когда сверхпроводящие домены соседствуют в материале с нормальными областями, называется промежуточным. Такое состояние может возникать при значениях индукции приложенного поля, лежащих в интервале (1–D)Bc < B < Bc, где размагничивающий фактор D определяется формой образца. Интервал изменения размагничивающего фактора — от нуля (для длинного цилиндра или тонкой пластины в параллельном поле) до единицы (для плоскопараллельной пластины в случае, когда поле приложено перпендикулярно ее поверхности)...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • Термин «фотополимер» традиционно связывают со стоматологами, а также с чем-то инновационным и надежным. Первая волна моды на эти материалы, похоже, прошла, но вскоре, очевидно, сменится второй. Пока сдерживающим фактором выступают дороговизна или неразвитость производства компонентов. Но как не раз было в производстве пластмасс, подобные затруднения иногда решаются одним патентом в течение полугода, после чего идет рост популярности материала.

    Теоретические вопросы фотополимеризации композиций изобилуют спецтерминами. Наиболее уместно разделить их на фотосшиваемые и фотополимеризуемые материалы. Фотосшиваемые материалы уже являются полуполимерами (например, эфиры ПВС и коричной кислоты, поливинилциннаматы), для окончательного сшивания которых требуется облучение. Фотополимеризующиеся — как правило, композиции нескольких отверждаемых олигомеров и мономеров, полимеризующихся по классическому механизму при помощи фотоинициаторов или фотоинициируемых групп в своей полимерной цепи.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4