http://lechebnaya-glina.ru » Материя организма

Синергетика — методология решений нелинейных задач

Автор: lenka   Май 8, 2015 Нет комментариев

Синергетика — это область физики, идеи и методы которой разрабатываются специально для решения сугубо нелинейных, в том числе физических, задач, для которых зачастую не только невозможно предложить математическое решение, но даже невозможно сформулировать постановку задачи, пригодную для такого решения. Синергетика — наука о физических моделях нелинейных систем и методах их преобразования, их упрощения за счет второстепенных факторов при сохранении тех особенностей задачи, которые определяют нелинейные связи её внутреннего самосогласования и самоорганизации (эволюции) [107]. Занимаясь вопросами функционирования материи в живой системе, невозможно обойтись без опоры на эту, уже глубоко развитую науку. В настоящее время число статей, монографий и даже учебников, имеющих в заглавии слово «синергетика», исчисляется сотнями, если даже не тысячами, и многие из них ориентированы именно на поиски путей исследования живых систем [112]. Однако большинство работ, посвящённых синергетике, слишком перегружено абстрактными математическими решениями, что весьма затрудняет их чтение и поиск результатов, пригодных для практического применения. В результате создается впечатление, что синергетика — это просто новая ветвь математики, что совершенно не соответствует действительности. Синергетика — это междисциплинарное направление научных исследований, посвящённое изучению законов самоорганизации в открытых нелинейных средах самой различной природы, и она внесла в физику совершенно новые возможности [107]. Открытость и нелинейность — два важнейших параметра среды, определяющих её принципиальную способность к самоорганизации. Под открытыми средами в синергетике, как и в неравновесной термодинамике, понимаются такие среды, которые обмениваются материей — веществом и (или) энергией — с окружающей средой, т. е. имеют источники и стоки материи. Эти источники и стоки, как правило, имеются не в одной, а во многих точках системы (среды). Определение открытой среды полностью созвучно всем термодинамическим определениям живых систем, которые постоянно встречаются в биофизической литературе [113–115]. Но, как уже говорилось, определения такого рода являются слишком общими, чтобы претендовать на создание модели живой системы.
Нелинейность — фундаментальный концептуальный узел синергетики [116]. Реальные нелинейные процессы принципиально отличаются от процессов линейных физическими механизмами, которыми они управляются. Как уже говорилось, механизмы линейных процессов — однонаправленные, где наблюдаемый эффект однозначно связан с действующим агентом. Механизмы же нелинейных процессов всегда многопараметрические, специфичные, действующие параметры объединены друг с другом сложными связями. Именно поэтому нелинейная система совершенно непредсказуемо реагирует на изменение своих независимых переменных. Будучи, например, практически нечувствительной к одному из аргументов, она может одновременно быть гиперчувствительной к изменению другого. Главной же особенностью любой нелинейной теории, разрабатываемой для исследования таких процессов, является практически полное отсутствие аналитических решений, поскольку математика пока не умеет решать системы многопараметрических нелинейных уравнений, и лишь в исключительных случаях для нелинейных систем удается находить аналитически замкнутое решение [117]. Это определило для нелинейных задач вынужденный переход из мира формул к миру физических математических моделей изучаемых процессов.

то же время, только найдя и исследовав аналитические решения для изучаемых систем, можно выявить факторы, определяющие их поведение независимо от того, линейные это системы или нелинейные. Для факторов, действующих как линейные, как уже говорилось, математические построения оказываются доступными, и получаемые результаты весьма помогают в понимании сущности исследуемых физических явлений. Для факторов, связанных в нелинейные системы, выход из положения был предложен в синергетике и реализован в виде одновременной разработки «мягких» и «жестких» математических моделей изучаемой системы. «Мягкая» модель — это физическое описание исследуемой среды (структуры, системы) и её свойств, максимально отражающее на уровне имеющихся физических знаний все её принципиально важные параметры. Построение «мягкой» модели, адекватной изучаемой нелинейной открытой системе, — необычайно сложный, но тем не менее единственно возможный путь решения такой задачи. Ведь известно, что полная и правильная постановка задачи исследования — это даже более чем половина всего решения. Характеризуя сложности в построении «мягких» моделей открытых нелинейных систем, академик В. Арнольд [116] образно сказал, что теория мягкого моделирования — это искусство получать относительно надёжные выводы из малонадёжных моделей.
Но «мягкую» модель как результат формализации для исследуемой нелинейной физической системы можно рассматривать только как постановку задачи исследования, поскольку прямое математическое моделирование коллективных процессов для такой модели попрежнему невозможно. Поэтому следующим этапом исследования является построение для «мягкой» модели адекватной ей более простой «жёсткой» модели той же системы, обычно упрощаемой за счет граничных условий. Главное, чтобы упрощённая модель сохраняла все особенности решаемой задачи, допускала бы возможность её аналитического решения и в то же время, чтобы получаемые при изучении этой модели результаты были структурно устойчивы по отношению к малым ее изменениям. На «жёсткой» модели отрабатывают «стратегию и тактику» решений для более сложных промежуточных моделей. Если всё же невозможно применить к упрощённой модели известные математические подходы, т. е. если задачу попрежнему невозможно решить, то специально конструируют новую «жёсткую» модель таким образом, чтобы для неё все же можно было получить точное математическое решение, используя комбинацию аналитических и численных методов. В таком подходе, если всё сделано правильно, новые физические эффекты, найденные для упрощённой или же для специально сконструированной модели, сохраняются и для её более сложного варианта и далее могут быть распространены на первоначальную «мягкую» модель, т. е. характеризовать изучаемый физический процесс.
Именно такой подход к получению решения определяет нам прямой путь для математически обоснованного получения обобщённых теоретических результатов в биофизике живых систем. Такой путь получения решения был в своё время реализован А.С. Давыдовым при решении сугубо нелинейной задачи о явлении преобразования энергии и её движения по цепям биополимеров, которое можно рассматривать как один из важнейших этапов самоорганизации живой системы.

Не менее важной является задача о самоорганизации водной подсистемы живых систем, которую, как показывают результаты, невозможно решить на основе используемых теоретических представлений о взаимодействиях в жидкой фазе воды. Основной причиной этого является то, что во всех подходах к расчетам самоорганизации воды и реализующих их программах не учитываются коллективные процессы, т. е. нелинейные факторы, непосредственно определяющие структурирование и многопараметричность структур для систем с перемежающимися жёсткими и гибкими связями. Соответственно и результаты таких расчётов описывают структуры воды, не имеющие свойств, наблюдаемых у реальной жидкой воды.
Задача создания идеологии процесса самоорганизации воды, адекватной реальности, и разработки алгоритмов расчёта такой самоорганизации была решена Н.А. Бульенковым [86] на основе принципов нелинейной кристаллографии. Однако по непонятным причинам эти результаты уже более 20 лет игнорируются «водяной» общественностью, продолжающей заниматься заведомо безрезультатными компьютерными расчётами на базе идеологически дефектных программ. В связи с этим далее будут кратко изложены принципы компьютерного дизайна, позволяющего строить физически обоснованные структуры квазикристаллов воды, постоянно самоорганизующихся в её жидкой фазе.

Информация кованые мангалы для дачи на нашем сайте.

1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (Еще не оценили)
Загрузка...

Выразить свое мнение:

Копирование и использование материалов сайта разрешено только при наличии прямой ссылки на источник.
Голубая глина и белая для масок для лица и волос. Фитотерапия и спирулина