7921506554

1 Wstęp. Czym jest samoorganizacja układów złożonych

Przez samoorganizację rozumie się proces spontanicznego formowania się przestrzennych, czasowych oraz czasoprzestrzennych struktur czy też funkcji układu zbudowanego z kilku lub wielu komponentów[15]. Zjawisko to występuje w fizyce, chemii i biologii w układach otwartych w stanach odległych od stanu równowagi termicznej. Jest interesujące, że zjawisko samoorganizacji występuje również w dziedzinach odległych od fizyki, biologii i chemii, a mianowicie można się z nim spotkać w ekonomii, socjologii, naukach medycznych czy też technicznych.

Wiele obiektów otaczającego nas świata jak domy, samochody czy też komputery, jest dziełem ludzkich rąk i ich forma oraz funkcje zostały przez samych ludzi określone. Z drugiej strony spotykamy się głównie w świecie zwierzęcym ze strukturami, które „rosną”, zmieniając tak formę, jak i funkcje niezależnie od nas samych i naszej aktywności. Pierwszym narzucającym się tutaj przykładem mógłby być ludzki umysł, ale także powstające we Wszechświecie formacje gwiazdowe, układy planetarne, galaktyki czy też sama wielko-skalowa struktura Wszechświata.

W przybliżeniu można podać pewne charakterystyczne cechy zjawiska samoorganizacji, które obejmują różnorodność procesów zachodzących we Wszechświecie, w jego różnych skalach czasowych i przestrzennych, a mianowicie:

1.    Ewolucja układu odbywa się bez udziału wymuszeń zewnętrznych (chociaż w układach otwartych) i prowadzi do wytworzenia pewnej formy zorganizowanej.

2.    Ewolucja układu jest zmianą jego stanu reprezentowanego przez punkt w przestrzeni stanów zwaną przestrzenią fazową. Ewolucja reprezentowana w przestrzeni fazowej zmierza w kierunku pewnego mniejszego zbioru w tej przestrzeni będącego dla różnych ścieżek ewolucyjnych układu atraktorem (zbiorem przyciągającym).

3.    Pojawienie się pewnych korelacji w czasie i przestrzeni manifestujących się poprzez jakiś kształt czy wzór. Początkowo niezależne zmienne stany układu podlegają pewnym regułom wewnętrznym.

Podstawowe pytanie, które rodzi się w kontekście układów samoorganizujących, brzmi: czy istnieją jakieś ogólne prawa, którymi rządzą się te układy. Można to w prosty sposób zilustrować na przykładzie powstawania bańki mydlanej. Naczelną zasadą samoorganizacji tego układu jest niech każdy dba o siebie na ile potrafi. Żadna z molekuł wody (czy mydlą) nie jest „świadoma”, że uczestniczy w procesie emergencji bańki, na której pojawią się przy przejściu światła barwy interferencyjne, czy też, że takie bańki mogą się ze sobą połączyć w bardzo skomplikowany sposób. To jedynie, co każda z tych molekuł „wie”, to znaleźć się w stanie minimum energii swobodnej w warunkach działających sił międzymolekularnych. Cały układ, jakim jest bańka mydlana, stanowi układ poszczególnych oddziałujących molekuł dążących do stanu minimum sumarycznej energii swobodnej układu.

2