Примеры самоорганизации системы из хаоса
Чтобы лучше понять процесс самоорганизации, рассмотрим в качестве примера работу лазера и ячейки Бенара [15].
Рабочей средой твердотельного лазера является рубиновый стержень, на концах которого устанавливаются два качественных зеркала, образующих резонатор. С помощью мощной «лампы накачки» атомы рубина приходят в возбужденное состояние и начинают излучать. Вначале их излучения являются хаотическими, независимыми друг от друга, и лазер работает как обычная лампа. Но при определенном (критическом) значении мощности накачки происходит скачкообразный переход работы лазера от хаотического излучения к самосогласованному. Коллективное излучение атомов становится когерентным, то есть упорядоченным, и возникает всем нам хорошо знакомый лазерный луч.
Если в сковороду с гладким дном налить минеральное масло, подмешать для наглядности мелкие алюминиевые опилки и начать нагревать, можно получить довольно наглядную модель самоорганизующейся открытой системы.
При небольшом перепаде температур передача тепла от нижнего слоя масла к верхнему идет только за счет теплопроводности, и масло является типичной открытой хаотической системой. Но при некотором критическом перепаде температур между нижним и верхним слоями масла возникают упорядоченные структуры в виде шестигранных призм (конвективных ячеек). В центре ячейки масло поднимается вверх, а по краям опускается вниз. В верхнем слое шестигранной призмы оно движется от центра призмы к ее краям, в нижнем – от краев к центру. Важно отметить, что для устойчивости потоков жидкости необходима регулировка подогрева, и она происходит самосогласованно.
Что еще важно: в течение времени существования ячеек хаос окончательно не исчезает. Он остается в системе в роли одной из главных противоборствующих тенденций и в существовании и развитии явления. В рассматриваемом физическом процессе в единстве существуют беспорядочное хаотичное и упорядоченное конвективное движение молекул.
Это противостояние хаоса и конвекции, порядка и беспорядка в диссипативной структуре при достижении системой новой точки бифуркации с другим критическим значением управляющего параметра приводит к победе хаоса – наступает состояние неустойчивости, и далее снова может повториться процесс структурирования, включающий в действие другие физические явления.
Подводя итог развитию системы от одной точки бифуркации до другой, можно прийти к заключению, что система шла от хаоса и пришла к хаосу. Но это не повторение прежнего хаоса. В конечной точке бифуркации хаос имеет новое лицо – другие значения физических характеристик: бо́льшие средние скорости молекул, бо́льшую температуру, меньшую плотность и др. Эволюция системы идет не по замкнутому кругу, а по спирали, как это и утверждает диалектика.
Вышесказанное