файл - Междисциплинарный проект "Вавилон"

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЙ
ПРОЕКТ
ПО ПЕДАГОГИКЕ
«СИНЕРГЕТИКА»
Подготовили магистранты
Воронович София,
Фираго Татьяна,
Григорьева Дарья,
Левчук Виталий,
Ходыго Владимир
ЧТО ТАКОЕ СИНЕРГЕТИКА?
 Синерге́тика
— это междисциплинарное
направление науки, изучающее общие
закономерности явлений и процессов в
сложных неравновесных системах
(физических, химических, биологических, экологических,
социальных и других) на
основе присущих им
принципов самоорганизации.
НЕМНОГО ИСТОРИИ
основы методов нелинейной
динамики и качественной теории
дифференциальных уравнений
Анри Пуанкаре
(1854-1912)
Ввел понятия:
• аттракторов
• точек бифуркаций
• неустойчивых траекторий и
динамического хаоса
«Химические
основы
морфогенеза»
Алан Тьюринг
(1912-1954)
Математическое
описание
процессов
самоорганизации
материи в
природе
Листорасположение
Фибоначчи
Колебательные
химические реакции
БелоусоваЖаботинского –
основы биоритмов всего
живого
РЕАКЦИЯ БЕЛОУСОВА-ЖАБОТИНСКОГО (В КОЛБЕ)
«Если соединить в одной колбе в нужных пропорциях раствор серной
кислоты, бромат и бромид натрия, лимонную кислоту, сульфат церия
и краску фенантролин, то возникает чудо. Раствор начинает менять
цвет с голубого до оранжевого и обратно с периодом колебания от
долей секунды до десятков минут…»
РЕАКЦИЯ БЕЛОУСОВА-ЖАБОТИНСКОГО (В ЧАШКЕ ПЕТРИ)
«…А в плоской посуде по мелкому слою раствора поползут волны
разного цвета. После нескольких десятков колебаний нужно подлить
свежие растворы, чтобы поддержать химическую реакцию, —
совершенно так же, как нужно питать живой организм».
ФРАКТАЛЬНАЯ ГЕОМЕТРИЯ
- геометрия самоподобных объектов
Бенуа́ Мандельбро́т
(1924-2010)
ЯЧЕЙКИ БЕНАРА
Возникновение упорядоченности в виде конвективных ячеек в
форме цилиндрических валов или правильных шестигранных
структур в слое вязкой жидкости с вертикальным градиентом
температуры, т.е. равномерно подогреваемой снизу.
В разных странах это междисциплинарное
направление может называться по-разному:
 в России и Германии – синергетика,
 в США – Complexity,
 во Франции – теория диссипативных структур,
Но теория самоорганизации, нелинейная
динамика, теория открытых систем, теория
катастроф – термины принятые всюду.
Причем круг задач и методов их решения везде
одинаков, а самоназвание связано с историей и
приоритетами той или иной национальной
научной школы.
ОСНОВНЫЕ ШКОЛЫ:
 Школа
нелинейной оптики, квантовой
механики и статистической физики
Германа Хакена, с 1960 года профессора
Института теоретической физики в
Штутгарте.
 Физико-химическая
и математикофизическая Брюссельская школа Ильи
Пригожина.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ:




Природа структурирована в несколько видов
открытых нелинейных систем : стабильные,
адаптивные и эволюционирующие системы.
Связь между ними осуществляется через
хаотическое, неравновесное состояние систем
соседствующих уровней. Неравновесность является
необходимым условием развития.
Когда нелинейные динамические системы
объединяются, новое образование не равно сумме
частей, а образует систему другой организации
или систему иного уровня. (Простой принцип
суперпозиции не работает.)
При переходе от неупорядоченного состояния к
состоянию порядка все развивающиеся системы
ведут себя одинаково (для описания пригоден
обобщённый математический аппарат
синергетики).
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ:



Развивающиеся системы всегда открыты и
обмениваются энергией и веществом с
внешней средой.
В неравновесных условиях относительная
независимость элементов системы уступает место
корпоративному поведению элементов: вблизи
равновесия элемент взаимодействует только с
соседними, вдали от равновесия — «видит»
всю систему целиком и согласованность
поведения элементов возрастает.
В состояниях, далёких от равновесия, начинают
действовать бифуркационные механизмы —
наличие кратковременных точек раздвоения
перехода к тому или иному относительно
долговременному режиму системы — аттрактору.
Заранее невозможно предсказать, какой из
возможных аттракторов займёт система.
В ИНФОРМАТИКЕ – СТАЙНЫЙ
ИНТЕЛЛЕКТ
Стайный интеллект (англ. Swarm intelligence)
описывает коллективное поведение
децентрализованной самоорганизующейся
системы.
Муравьиный алгоритм
 Метод роя частиц
 Пчелиный алгоритм
…

МУРАВЬИНЫЙ АЛГОРИТМ
ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ГРАНИЦ
ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ NETLOGO
NetLogo является продолжением языка Лого первого языка, созданного еще в 1968 году
объединенными усилиями Массачусетского
Технологического Института и корпорации
BBN (Bolt Beranek & Newman).
Среда программирования NetLogo служит для
моделирования ситуаций и феноменов,
происходящих в природе и обществе.
СТАИ ПТИЦ
МОДЕЛЬ «ХИЩНИК-ЖЕРТВА»
ЭФФЕКТ БАБОЧКИ
БУДУЩЕЕ ЗА
СИНЕРГЕТИКОЙ
Спасибо за
внимание!