Нелинейность мира в явлениях природы

Сб, 03/01/2014 - 20:22

В других условиях слабые, но согласованные с системой воздействия приводят к самоускоряющейся ее эволюции. Возникает самораскачивающийся процесс, например, «экономическое чудо», «деньги умноженные на деньги» и т.п. Причиной такой эволюции есть нелинейность положительной обратной связи.

Самоорганизованность сложных нелинейных систем и процессов. В результате срабатывания многочисленных прямых и обратных, положительных и отрицательных связей между подсистемами развитие системы происходит самоорганизованно. Такой системе нельзя (не имеет смысла) навязывать свой «план развития». Вот почему часто всякие новшества, реформы, революции бывают столь вредными. По этой причине медикаментозное «лечение» человека (живого организма) так часто оказывается бесполезным и даже небезопасным.

Если в линейных системах хаос неизбежно приводит к их деградации, в нелинейных системах хаос может играть созидательную роль.
Хаос может возникнуть в полностью детерминированных условиях.

Порядок и хаос, самоорганизация и деградация — две стороны «одной и той же медали».
В сложных системах возможна поливариантность их эволюции.

В консервативных нелинейных системах без флуктуаций процессы обладают обратимостью и периодичностью. Периодическими могут быть процессы в открытых нелинейных системах.

Нелинейность сегодня и завтра

Термины «синергетика», «динамический хаос» прочно вошли в обиход. За рубежом используется более емкий и адекватный термин «Nonlinear Science». «Нелинейная наука» должна охватывать все существующее в природе разнообразие нелинейных процессов и нелинейных систем.
Для обмена научными знаниями проводились и проводятся «нелинейные» конференции.

С конца XX в. издается журнал «Сhaos». В России с 2003 г. стал выходить журнал «Нелинейный мир», в котором освещаются самые различные нелинейные процессы. Девизом этого журнала стали слова его главного редактора А.А. Потапова:
«Мы все живем в сложном и удивительном нелинейном мире, пронизанном огромным числом отрицательных и положительных связей. При их учете уже не справедлив принцип суперпозиции, позволяющий получать решение сложных задач из решения более простых. Одной из принципиальных концепций науки становится теория самоорганизации, или синергетика.

Базовые модели нелинейной динамики позволяют более точно описывать явление Природы, по-новому взглянуть на развитие Науки, Общества, Человека».

В наиболее полном виде нелинейная парадигма описана в монографии автора «О нелинейности в природе и науке», изданной в 2008 г.

Совершенствуется и «нелинейное» образование. Курсы по нелинейной теории колебаний и волн давно стали традиционными. Читаются курсы по нелинейной оптике, нелинейной акустике, нелинейной физической механике, синергетике и т.д. С 1980-х гг. прошлого века только в Харьковском госуниверситете (теперь ХНУ имени В.Н. Каразина) читается общий курс «Нелинейная радиофизика», главной целью которого является формирование у студентов нелинейного мышления и нелинейного мировоззрения. После выхода в 2004 г. из печати второго издания учебного пособия автора «Нелинейная радиофизика» подобный курс введен в ряде университетов Украины, а также Грузии и России.

В Саратовском государственном университете (Россия) основан, по-видимому, первый в своем роде факультет нелинейных процессов. Появилась университетская специальность «Физика открытых нелинейных систем».

В Сан-Диего (США) в составе университета Калифорнии функционирует институт нелинейных исследований.
Предпринимаются попытки ввести элементы нелинейности в среднее образование. Этой цели служит один из разделов учебного пособия автора «Естествознание. Интегрирующий курс», четвертое издание которого выходит в 2006 г.
Можно утверждать, что в ХХІ в. нелинейная наука находится на подъеме. Без сомнения, ей принадлежит будущее.

О главном: что надо помнить?

Процесс формирования представлений о нелинейности мира и науки, его описывающей, был долог и труден. Он завершился подготовкой предпосылок для формулировки основных положений нелинейной парадигмы.

Осознание роли и места нелинейности в современной научной картине мира привело к новой нелинейной парадигме, к смене способа мышления, методологии науки и мировидения в целом.
Нелинейность — универсальное и фундаментальное свойство мира. Это свойство — всеобщее, оно более объемное, более разнообразное, чем свойства нелинейных колебательных и волновых процессов, чем свойства детерминированного хаоса или самоорганизации, чем многие другие свойства, через которые нелинейность проявляется. Не следует, поэтому, отождествлять (как это делают многие философы) самоорганизацию или синергетику с нелинейностью.

Нелинейность заставила пересмотреть взгляды на детерминизм и случайность, порядок и хаос, самоорганизацию и деградацию, на возможность прогноза поведения сложных нелинейных систем.
Понятие нелинейности столь же фундаментально, сколь фундаментально понятие материи, понятие движения (эволюции) материи. В общем случае сама материя должна рассматриваться как сверхсложная нелинейная система. Вообще говоря, движение (эволюция) материи также описывается нелинейными законами. Нелинейность соотношений отражает факт нетривиальности процессов в движущейся материи.

Нелинейность удивляет исследователя необычностью и глубиной гипотез, идей, результатов и следствий.
Нелинейность — главное свойство мира, так как она управляет процессом эволюции мира.

Литература о нелинейности

Черногор Л.Ф. Естествознание. Интегрирующий курс. — Харьков: ХНУ имени В. Н. Каразина, 2007.
Черногор Л.Ф. О нелинейности в природе и науке. — Харьков: ХНУ имени В. Н. Каразина, 2008.

Другие материалы рубрики


  • 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


  • ...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


  • 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.



  • Около 40 лет назад ученый В. Веселаго предположил, что существуют материалы, у которых показатель преломления имеет отрицательную величину. Световые волны в таком веществе могут передвигаться против движения распространения светового луча и вести себя нестандартно. Линзы, которые изготовлены из такого материала, — иметь чуть ли не волшебные характеристики. Но Веселаго в процессе своей работы и многолетних поисков не обнаружил ни одного вещества, имеющего подходящие электромагнитные свойства, у всех исследованных им материалов показатель преломления оказался положительным. Потому о его идее вскоре забыли. Вспомнили о ней только в начале 21 века.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • 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


  • Шаровая молния — светящийся шар, который порой возникает при разряде линейной молнии, — одно из самых загадочных атмосферных явлений. Природа шаровой молнии до сих пор неизвестна, хотя первая научная публикация на эту тему — книга «Гром и молния» известного французского физика и астронома Франсуа Араго — была издана еще в 1838 году. Предлагаемая гипотеза — попытка объяснить механизм образования шаровой молнии на основе физики плазмы и газового разряда.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...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