ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Самоорганизация из "Динамика и информация " Оказывается, что конвекция в модели Лоренца выражает основные общие черты диссипативных нелинейных процессов в приближении небольшого числа параметров порядка. А именно, с ростом неравновесности (т.е. разности Гщ — То) сначала, при некотором критическом значении этого управляющего параметра, появляются сами собой новые ненулевые параметры порядка (в данном случае Т и v). По мере дальнейшего роста надкритичности эти параметры возрастают, т.е. развивается стационарная бифуркация (360) с соответствующим возрастанием скорости диссипации, т.е. Se. Затем, при дальнейшем возрастании надкритичности - То, наступает вторая бифуркация, так что параметры порядка X, Y, Z становятся динамическими переменными сложной нелинейной системы (359). При дальнейшем возрастании Гт — То г — 1 в рамках системы (359) различные моды могут сменять друг друга. А в реальной физической системе могут появляться новые параметры порядка, описывающие более высокие гармоники движения жидкости. По мере роста числа гармоник движение становится все более и более сложным для простоты его называют просто турбулентным. Такое турбулентное движение вместе с теплопереносом от нагревателя к холодильнику представляет собой сложный сценарий приближения к равновесию в сильно неравновесной системе. [c.324] Рассмотренная нами картина конвекции является типичным примером самоорганизации по мере увеличения параметра неравновесности г жидкость становится неустойчивой при 1, затем в ней устанавливается стационарная конвекция, а при больших г возникают различные моды стохастического движения типа странного аттрактора. Существует огромное количество других типов нелинейной самоорганизации, с которыми можно познакомиться по книгам [40, 101 -105] и цитированной там литературе. [c.324] Многие из нелинейных систем настолько красивы, что вполне подходят для украшения интерьеров современных квартир или домов. Вот, например, устройство (рис. 36), которое называется плазменный шар , его довольно часто можно увидеть в магазинах современных западных городов. [c.324] действительно, шар из темного стекла диаметром около полуметра, наполненный светящимися движущимися змейками . Каждая змейка — это плазменное образование типа слабо светящегося шнурового разряда. Этот разряд очень похож на светящиеся образования в обычных неоновых трубках, используемых для ночной иллюминации больших городов. Такой разряд называется тлеющим он развивается при не очень большом электрическом токе в газе низкого давления. В плазменном шаре тлеющий шнуровой разряд развивается между металлическим шаровым электродом, расположенным в центре всего устройства и слабопро-водящей металлизированной поверхностью стеклянного шара. [c.325] Вся эта картина, несмотря на свою сложность, качественно легко может быть понята с физической точки зрения. Разумеется, теоретически гораздо проще представить себе абсолютно симметричный тлеющий разряд между внутренним и внешним электродами. Однако такой разряд неустойчив из-за разогрева газа и понижения его локальной плотности с соответствующим понижением электросопротивления электрическому току выгоднее протекать по сравнительно узким каналам-трубкам. Разряд распадается на плазменные шнуры. [c.325] Будучи более легкими, эти шнуры всплывают вверх под действием силы Архимеда. А взаимодействие шнуров с потоками газа и между собой приводит к образованию сложно организованной картины змеек , напоминаюшей мифологическую голову медузы Горгоны. Можно понять, почему на концах каждой змейки образуются кошачьи лапки . Если проводимость электродов невелика, то прямо напротив разряда плотность поверхностного заряда становится меньше и концу змейки с противоположным по знаку зарядом удобно расщепиться и перебегать от точки к точке, собирая поверхностный заряд. Таким образом, качественная картина абсолютно понятна и даже немного скучна, а тем не менее плазменный шар завораживает и притягивает к себе кажущейся таинственностью он похож на живое существо, осуществляющее сознательное движение. [c.326] На примере плазменного шара еще раз можно проследить за всеми основными характеристиками и составными элементами самоорганизации. Для того чтобы в системе началась самоорганизация, она должна быть подведена к границе устойчивости. Неустойчивость в данном случае — разбиение разряда на шнуры — начинается лишь с намека (хинта) на появление будущего шнура. На каждый такой хинт достаточно лишь одного бита информации. По мере увеличения внешнего параметра неравновесности, в данном случае силы тока, происходит реальное образование шнуров. Исходная сферическая симметрия нарушается можно сказать, что происходит самопроизвольное, или спонтанное, нарушение симметрии. Далее, по мере разогрева газа в шнурах в игру вступает конвекция, т.е. следующая бифуркация с появлением нового параметра порядка — газодинамической скорости. Появление кошачьих лапок на торцах каждой змейки — это еще одна бифуркация со своим механизмом неустойчивости. А в целом образуется сложная нелинейная физическая система с хаотическим типом движения. Для того чтобы это движение поддерживалось длительное время, система должна быть открытой через плазменный шар нужно непрерывно пропускать электрический ток от внешнего источника. Более того, этот источник энергии должен поставлять энергию в достаточно упорядоченном виде по терминологии Бриллюэна в систему должна впрыскиваться негэнтропия, т.е. энтропия с обратным знаком. [c.326] На рисунке 37в показан более сложный сценарий самоорганизации, когда второй рычаг со связью N не дает опускаться негэнтропии нашей системы за счет потока энтропии во внешний мир. Мы получаем открытую систему, упорядочение которой обеспечивается ростом энтропии Se внсшнего мира. [c.328] Вытекающая из системы М энтропия ASi — это либо частично, либо в основном тепло. Это значит, что поток энтропии сопровождается потоком энергии. А следовательно, для поддержания стационарного состояния самоорганизованной системы М недостаточно просто отводить избыточную энтропию на вход этой системы следует подавать энергию. Подводимая к системе энергия должна быть более организованной по сравнению с теплом энтропия на единицу этой энергии должна быть меньше, чем Г , где Те — температура окружающей среды. Другими словами, нужна совместная подпитка системы как энергией, так и негэнтропией. [c.328] На Земле самым мощным источником как энергии, так и негэнтропии является солнечная энергия. Именно она и приводит в действие механизмы самоорганизации в атмосфере, океане и биосфере Земли. [c.328] Вернуться к основной статье