Сборник статей крупных зарубежных учёных посвящён теоретическому н экспериментальному исследованию процессов самоорганизации в неравновесных системах, а также детерминированному и стохастическому поведению нелинейных систем.

Для широкого круга специалистов — физиков, математиков, биологов, химиков, — интересующихся вопросами самоорганизации.

С лёгкой руки немецкого физика-теоретика Германа Хакена термин «синергетика» получил достаточно широкое признание и распространение как некоторое общее название для междисциплинарной области, занимающейся изучением появления и развития упорядоченных во времени или в пространстве (или то и другое вместе) процессов или структур. Не только в физике, но и в других науках, изучающих более сложные явления природы, очень часто приходится встречаться с самоорганизацией — появлением и развитием структур в первоначально однородной среде. Простейшими примерами могут служить рост кристаллов, в частности снежинок, автоколебательные процессы, образование конвективных ячеек и течения, переход к турбулентному течению в жидкости, автоволны в химически активных средах и т. д.

Синергетика — это не отдельная наука, а скорее термин, говорящий об общности интересов и математических методов исследования родственных нелинейных явлений в разных областях наук. Этот термин уже сыграл роль своего рода катализатора для попыток установить связи между представителями разных наук — физики, гидродинамики, химии, биологии — на основе изучения сложных явлений самоорганизации. На эту тему было проведено несколько конференций. Результаты некоторых из них опубликованы в серии «Синергетика» немецкого издательства «Шпрингер». В основном на основе последних сборников этой серии и составлен предлагаемый читателям данный сборник.

Сборник открывается статьёй Хакена о явлениях перехода в нелинейных системах. Речь идёт о переходах, сходных с фазовыми переходами, но происходящих в неравновесных условиях. Эта статья может служить кратким введением в данный предмет.

В последующих двух статьях — Мисры и Пригожина и Николиса — обсуждается математическая структура оптимального подхода к построению кинетического уравнения и изучения неравновесных явлений перехода.

Статья Стенли и др. служит хорошим введением в современную физику фазовых переходов.

В статье Биндера на примере задачи о фазовом расслоении показана узость и фактическая несостоятельность привычных старых «линейных представлений» о динамике неустойчивой среды, основывающихся на экспоненциальном нарастании малых возмущений, намечены ждущие своего решения проблемы количественного описания динамики расслоения. В статье Ривьера и Даффи обсуждается роль линейных дефектов в переходах к аморфному состоянию, а статья Грэхема посвящена обсуждению вопроса о применении уравнения Фоккера-Планка для описания равновесных и неравновесных термодинамических систем.

В отдельный раздел сборника выделены статьи, в которых описываются результаты последних исследований многочисленных нелинейных явлений в химически активных средах, в том числе образования пространственно-временных структур. Статья Гиббона, имеющая более математический характер, направлена на изучение свойств комплексных уравнений Лоренца, действительный аналог которых в своё время привел к открытию странного аттрактора — нового нелинейного образа динамической системы со стохастическим поведением.

В статье Рёсслера и подробном обзоре Экмана кратко изложен современный статус теории перехода к турбулентности, т. е. к хаотическому поведению динамических систем с диссипацией. Старая привычная картина, изложенная, например, в «Теоретической физике» Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшица, согласно которой переход к турбулентности состоит из ряда бифуркаций, такого, что в каждой из них появляется новая степень свободы с периодическим поведением, — крайне упрощённая. На самом деле после двух-трёх бифуркаций Хопфа более вероятным оказывается стохастическое поведение системы типа странного аттрактора Лоренца. Наряду с этим сценарием перехода к турбулентности существуют ещё два других: путём удвоения перехода (Фейгенбаум) и через перемежаемость (Помо и Манневиль).

Сборник оканчивается двумя очень красивыми экспериментальными работами Берже и Фове и Либхабера по наблюдению конвекции в жидкости.

Данная книга представляет собой сборник статей, и поэтому она, может быть, окажется для читателей не столь удобной, как единая монография с последовательным и логически стройным изложением материала. Но она, безусловно, сможет послужить хорошим стартом для изучения современной физики нелинейных явлений вне зависимости от того, связываются или не связываются они с термином «синергетика».

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
Академик Б. Б. Кадомцев

Книги на ту же тему

1. Самоорганизация в полупроводниках. Неравновесные фазовые переходы в полупроводниках, обусловленные генерационно-рекомбинационными процессами, Шёлль Э., 1991
2. Введение в синергетику: Учебное руководство, Лоскутов А. Ю., Михайлов А. С., 1990
3. Образование структур при необратимых процессах: Введение в теорию диссипативных структур, Эбелинг В., 1979
4. Введение в теорию самоорганизации открытых систем, Трубецков Д. И., Мчедлова Е. С., Красичков Л. В., 2005
5. Новое в синергетике. Загадки мира неравновесных структур, 1996
6. Новое в синергетике. Новая реальность, новые проблемы, новое поколение, 2007
7. Термодинамика и кинетика биологических процессов: Проблемы неравновесной термодинамики, кинетики переходных процессов, экстремальные принципы, переходные процессы в живых системах, Зотин А. И., ред., 1980
8. Автоволновые процессы, Васильев В. А., Романовский Ю. М., Яхно В. Г., 1987
9. Нелинейные волны, диссипативные структуры и катастрофы в экологии, Свирежев Ю. М., 1987
10. От часов к хаосу: Ритмы жизни, Гласс Л., Мэки М., 1991
11. Фазовые переходы и критические явления, Стенли Г., 1973
12. Природа критического состояния, Фишер М., 1968
13. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур, Пригожин И., Кондепуди Д., 2002
14. Флуктуационная теория фазовых переходов, Паташинский А. З., Покровский В. Л., 1975
15. От существующего к возникающему: Время и сложность в физических науках, Пригожин И., 1985
16. Теория необратимых процессов, Честер Д., 1966
17. Бифуркация рождения цикла и её приложения, Марсден Д., Мак-Кракен М., 1980
18. Гидродинамические неустойчивости и переход к турбулентности, Суинни Х., Голлаб Д., ред., 1984
19. Введение в нелинейную физику: От маятника до турбулентности и хаоса, Заславский Г. М., Сагдеев Р. 3., 1988
20. Турбулентность: новые подходы, Белоцерковский О. М., Опарин А. М., Чечеткин В. М., 2003
21. Численный эксперимент в турбулентности: От порядка к хаосу, Белоцерковский О. М., Опарин А. М., 2001
22. Волны в активных и нелинейных средах в приложении к электронике, Скотт Э., 1977
23. Известия высших учебных заведений. Радиофизика: Нелинейные волны, 1976
24. Нелинейные волны 2012, Литвак А. Г., Некоркин В. И., ред., 2013
25. Нелинейные стохастические задачи механических колебаний, Диментберг М. Ф., 1980