ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Предисловие к русскому изданию из "Синергетика иерархии неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах " Настоящая книга представляет собой попытку изложить конструктивный подход к теории образования временных, пространственных или пространственно-временных структур. Перевод ее на русский язык — для меня большая честь и радость. В Советском Союзе суш,ествует давняя традиция в области конструктивного подхода к динамическим системам — области, в развитие которой фундаментальный вклад внесли А. М. Ляпунов, Л. И. Мандельштам, А. А. Андронов, А. А. Витт, С. Э. Хайкин и многие другие. Область синергетики характеризуется единым подходом и моделированием сложных процессов самоорганизации. На меня произвели сильное впечатление научные результаты советских авторов, представленные в их докладах на конференциях в Таллине и Пущине, на которых мне довелось присутствовать. Я очень рад тому, что труд по переводу и редактированию этой книги взяли на себя мои советские коллеги — Ю. А. Данилов и проф. Ю. Л. Климонтович, которые на протяжении многих лет занимаются близкими проблемами. Надеюсь, что эта книга окажется полезной студентам, профессорам и научным работникам в их собственной работе и исследованиях. [c.14] Эта книга посвящена междисциплинарной области науки — синергетике и поэтому может представить интерес для физиков, химиков, математиков, биологов, инженеров-строителей и механиков, представителей других направлений современной науки и техники, а также для студентов соответствующих специальностей. В ней продолжен обзор основных понятий и методов, начатый в моей книге Синергетика , которая к настоящему времени успела выйти на английском, русском, японском, китайском и немецком языках. При работе над этой книгой я стремился к тому, чтобы ее можно было читать независимо от моей предыдущей книги, хотя знание некоторых вопросов, изложенных в Синергетике , было бы полезно. [c.15] Почему обе мои книги адресованы столь широкой аудитории Почему неустойчивости так распространены и что общего между различными устройствами и самоорганизующимися системами Самоорганизующиеся системы обретают присущие им структуры или функции без какого бы то ни было вмешательства извне. Дифференциация клеток в биологии и процесс эволюции могут в равной мере служить примерами самоорганизации. С другой стороны, такие устройства, как используемые в радиопередатчиках электронные генераторы, сделаны руками человека. Но мы часто забываем о том, что во многих случаях технические устройства функционируют на основе процессов, тесно связанных с самоорганизацией. В электронном генераторе движение электронов становится когерентным без воздействия извне когерентной вынуждающей силы само устройство сконструировано так, что допускает специфические коллективные движения электронов. Совершенно ясно, что демаркационная линия между самоорганизующимися системами и техническими устройствами не может быть проведена вполне однозначно. Если в создаваемых им устройствах человек вводит определенные граничные условия, делающие возможной самоорганизацию компонентов, то в биологических системах ряд автоматически накладываемых условий запускает процессы самоорганизации и управляет ими. Именно поэтому изучать устройства и самоорганизующиеся системы, в частности те, которые встречаются в биологии, полезно с единой, общей точки зрения. [c.15] Смысл подзаголовка этой книги станет понятен, если мы объясним, что такое неустойчивость. Лучше всего это сделать на примере. [c.15] Жидкость, находившаяся в состоянии покоя, если в ней начинаются макроскопические колебания, переходит из старого состояния в новое и таким образом теряет устойчивость. Если изменять некоторые условия, например варьировать подаваемую на вход энергию, то система может через серию неустойчивостей переходить в совершенно различные режимы. [c.16] Вопрос о том, существуют ли обш,ие принципы, управляющие возникновением самоорганизующихся структур и (или) функций,— основной вопрос синергетики. Когда я более десяти лет назад дал на него утвердительный ответ для широкого класса систем и предложил рассматривать проблемы самоорганизации в рамках междисциплинарного направления, названного мной синергетикой , многим ученым это могло показаться абсурдным. Почему системы, состоящие из столь различных по своей природе компонентов, как электроны, атомы, молекулы, фотоны, клетки, животные или даже люди, должны, когда они самоорганизуются, подчиняться одним и тем же принципам, образуя электрические колебания, структуры в жидкостях, химические волны, лазерные пучки, органы людей и животных, популяции животных или социальные группы Но прошедшее десятилетие принесло множество подтверждений тому, что самые разнообразные явления самоорганизации подчиняются одним и тем же принципам, и многочисленные разрозненные примеры, давно известные из литературы, подпадают под объединяющие понятия синергетики. Диапазон таких примеров необычайно широк от морфогенеза в биологии и некоторых аспектов функционирования мозга до флаттера крыла самолета, от молекулярной физики до космических масштабов эволюции звезд, от электронных приборов до формирования общественного мнения, от мышечного сокращения до выпучивания конструкций. Кроме того, несмотря на существование множества различных дисциплин, обнаружилось поразительное сходство основных понятий, относящихся к образованию пространственных, временных и функциональных структур. [c.16] Современная наука весьма часто бывает перегружена ворохом специальной терминологии и обозначений. Я стремился свести терминологию до минимума и в случае необходимости объяснять смысл новых терминов. Теоремы и методы изложены так, чтобы их можно было применять к конкретным задачам, т. е. приведены конструктивные доказательства, а не чистые теоремы существования. Стремясь использовать понятия общей теории динамических систем, я пытался следовать конструктивному подходу. В большинстве частей книги мне удалось осуществить свои намерения. Трудности возникли лишь в связи с квазипериодическими процессами. Я включил эти тонкие проблемы (например, бифуркацию торов) и мой подход к их решению не только пото.му, что они находятся на передовом рубеже современных математических исследований, но и потому, что с ними приходится то и дело сталкиваться при рассмотрении как естественных, так и искусственных систем. Главы, посвященные рассмотрению этих сложных проблем, так же, как и другие трудные главы, отмечены звездочкой. При первом чтении их можно опустить. [c.17] В то время как эта книга и другие упоминавшиеся выше работы дают нам теоретическую и математическую основу синергетики, не меньшее, если не большее, значение имеют эксперименты по изучению самоорганизующихся систем. До сих пор результаты таких экспериментов выходили в серии по синергетике, выпускаемой издательством Шпрингер , только в виде трудов конференций. Хотелось бы надеяться, что в будущем в серии появятся монографии, посвященные эксперименту. В заключение я хотел бы отметить, что синергетика по-прежнему открывает широкий простор для экспериментальных и теоретических исследований. [c.18] Я хотел бы выразить свою признательность физику Карлу Цайле и д-ру Арне Вундерлину за ценные замечания и скрупулезную вычитку рукописи и проверку вычислений. Хочу поблагодарить также д-ра Герберта Оно, выполнившего рисунки, и моего секретаря г-жу У. Функе, тщательно перепечатавшую несколько вариантов рукописи со всеми формулами. Без ее неустанных усилий эта книга вряд ли бы вышла. Я признателен сотрудникам издательства Шпрингер за великолепную работу в процессе подготовки книги к печати. Пользуясь случаем, хочу поблагодарить Фонд фирмы Фольксваген в Ганновере за эффективную поддержку проекта Синергетика , в рамках которого в течение последних четырех лет получен ряд результатов, изложенных в этой книге. [c.18] Вернуться к основной статье