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!