URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  
Обложка Николис Г., Пригожин И. Познание СЛОЖНОГО: Введение. Пер. с англ.
Id: 179993
 
449 руб. Бестселлер!

Познание СЛОЖНОГО: Введение. Пер. с англ. № 8. Изд.4

URSS. 2014. 360 с. Мягкая обложкаISBN 978-5-9710-0809-5.
С предисловием д.ф.-м.н., проф. Г.Г.Малинецкого

 Аннотация

В предлагаемой книге дан общедоступный обзор методов, разработанных в области нелинейной динамики, для изучения сложных систем и процессов, таких, как эволюция, самоорганизация и т.д. Приводятся конкретные примеры из разных областей науки --- от химии, физики, биологии до социологии и климатологии.

Для студентов естественно-научных специальностей, для специалистов широкого профиля.


 Оглавление

От переводчика
Предисловие
Глава 1. Сложность в природе
 1.1.Что такое сложность?
 1.2.Самоорганизация в физико-химических системах: рождение сложного
 1.3.Тепловая конвекция как прототип явлений самоорганизации в физике
 1.4.Явления самоорганизации в химии
  А.Реакция БЖ в системе с перемешиванием: химические часы и хаос
  Б.Реакция БЖ в неоднородной системе: пространственные фигуры
 1.5.Физико-химическая сложность и алгоритмическая сложность
 1.6.Некоторые дополнительные примеры сложного поведения в обычном масштабе
  А.Явления, вызванные поверхностным натяжением. Наука о материалах
  Б.Кооперативные явления, обусловленные электромагнитными полями. Электрические цепи, лазеры, оптическая бистабильность
 1.7.Снова биологические системы
 1.8.Сложность в планетарном и космическом масштабах
 1.9.Связь между силами и корреляциями. Подведение итогов
Глава 2. Словарь сложного
 2.1.Консервативные системы
 2.2.Диссипативные системы
 2.3.Механическое и термодинамическое равновесия. Неравновесные ограничения
 2.4.Нелинейность и обратные связи
 2.5.Многогранность второго закона термодинамики
 2.6.Устойчивость
 2.7.Бифуркация и нарушение симметрии
 2.8.Упорядоченность и корреляции
Глава 3. Динамические системы и сложность
 3.1.Геометрия фазового пространства
 3.2.Меры в фазовом пространстве
 3.3.Интегрируемые консервативные системы
 3.4.Бифуркация в простой диссипативной системе: поиск прототипов сложного
 3.5.Диссипативные системы в двумерном фазовом пространстве: предельные циклы
 3.6.Сведение к системам меньшей размерности: параметры порядка и нормальные формы
  А.Бифуркации типа острия и предельной точки
  Б.Бифуркация Хопфа и предельные циклы
 3.7.Снова фазовое пространство: топологические многообразия и фракталы
  А.Периодические аттракторы: циклы порядка k
  Б.Квазипериодические аттракторы: инвариантные торы
  В.Непериодические аттракторы: фракталы
 3.8.Неинтегрируемые консервативные системы: новая механика
  А.Возмущение квазипериодических движений
  Б.Возмущение периодических движений
 3.9.Модель неустойчивого движения: подкова
 3.10.Диссипативные системы в многомерных фазовых пространствах. Хаос и странные аттракторы
  А.Некоторые модели-прототипы, приводящие к хаотическому поведению
  Б.Некоторые <сценарии> становления хаотического поведения
 3.11.Пространственно распределенные системы. Бифуркации с нарушением симметрии и морфогенез
 3.12.Дискретные динамические системы. Клеточные автоматы
 3.13.Асимметрия, отбор и информация
Глава 4. Случайное и сложное
 4.1.Флуктуации и вероятностное описание
 4.2.Марковские процессы. Основное уравнение
 4.3.Марковские процессы и необратимость. Информационная энтропия и физическая энтропия.
 4.4.Пространственные корреляции и критическое поведение
 4.5.Поведение флуктуации во времени. Кинетика и временные масштабы самоорганизации
 4.6.Чувствительность и отбор
 4.7.Символическая динамика и информация
 4.8.Генерация асимметричных, информационно-насыщенных структур
 4.9.Снова алгоритмическая сложность
Глава 5. На пути к единой формулировке понятия сложного
 5.1.Общие свойства консервативных динамических систем
 5.2.Общие свойства диссипативных динамических систем
 5.3.Поиски унификации
 5.4.Вероятность и динамика
 5.5.Преобразование пекаря
 5.6.Многообразия с нарушенной временной симметрией
 5.7.Нарушающее симметрию преобразование Л
 5.8.Ансамбли Гиббса и Больцмана
 5.9.Кинетическая теория
 5.10.Резонанс и взаимодействие света с веществом
 5.11.Заключительные замечания
Глава 6. Сложное и перенос знаний
 6.1.Нелинейная динамика вдали от равновесия, и моделирование сложного
 6.2.Наука о материалах
 6.3.Пороговые явления в клеточной динамике
 6.4.Моделирование климатической изменчивости
 6.5.Вероятностное поведение и адаптивные стратегии у общественных насекомых
 6.6.Самоорганизация в человеческих сообществах
Приложение I. Линейный анализ устойчивости
 1.1.Основные уравнения
 1.2.Принцип устойчивости линеаризованной системы
 1.3.Характеристическое уравнение
 1.4.Иллюстрации
 1.5.Системы с хаотической динамикой
Приложение II. Анализ бифуркаций
 II.1.Общие свойства
 II.2.Разложение решений в ряд по теории возмущений
 II.3.Бифуркационные уравнения
Приложение III. Возмущение резонансных движений в неинтегрируемых консервативных системах
 III.1.Отображение закручивания
 III.2.Влияние возмущения в случае рациональных вращательных чисел
 III.3.Гомоклинические точки
Приложение IV. Реконструкция динамики сложных систем по временной последовательности данных. Применение к климатической изменчивости
 IV.1.Вводные замечания
 IV.2.Теоретические основы анализа данных
 IV.3.Климатический аттрактор
 IV.4.Выводы и перспективы
Приложение V. Первичные необратимые процессы
 V.1.Введение
 V.2.Стандартная космологическая модель
 V.3.Черные дыры
 V.4.Роль необратимости
Литература
Предметный указатель

 От переводчика

Читателю хорошо известны авторы новой книги своими трудами по теории систем, находящихся вдали от равновесия. Это в значительной мере снимает необходимость составления подробного предисловия. Чем же отличается данная книга от предыдущих, написанных на тему о сложных явлениях? Авторы скромно отмечают, что их цель -- всего лишь дать определение понятия сложного. Однако если это понятие считать интуитивно ясным, то по существу их цель -- показать, каковы те принципы, которые позволяют свести сложное к простому, т.е. решить основную задачу науки. В качестве примеров сложных явлений в книге рассматриваются различные процессы самоорганизации в физико-химических и биологических системах. Анализ этих примеров позволяет установить то общее, что характерно для сложных явлений, и сформулировать какие-то принципы, достаточно абстрагированные от конкретной природы системы. Особое внимание уделено теории динамических систем, в которой прогресс в понимании природы сложного поведения наиболее заметен. В результате становится значительно более понятным принципиальное различие между консервативными и диссипативными системами, между обратимыми и необратимыми процессами.

Что же ожидает читателя, рискнувшего углубиться в изучение текста? Во всяком случае, среди его впечатлений вряд ли встретится разочарование. В самом деле, разве не приятно познакомиться с такой проблемой, как научное прогнозирование погодных и климатических изменений, из рук наиболее авторитетных ученых? И наступит ли на Земле новый ледниковый период? Каковы современные взгляды на происхождение Вселенной, вещества и пространства-времени? Можно ли методами естественных наук изучать процессы организации в биологических и гуманитарных сообществах?

В связи с обобщающим, натурфилософским характером содержания стиль изложения материала приобретает особый оттенок, напоминающий путешествие по горным хребтам, -- крупный план, перспектива и даже непосредственно эмоциональное восприятие -- вот особенности этого стиля. Написана она с большим темпераментом, что придает ей своеобразную эмоциональную окраску и страхует читателя от скуки даже в таких местах, которые представляют собой, казалось бы, традиционно-математические ареалы. Таковы, например, разделы, в которых рассматриваются преобразования типа подковы или пекаря.

На кого же все-таки рассчитана эта книга? На мой взгляд, минимум формально-математического материала, сохраненный в книге, делает ее чрезвычайно широко доступной, по крайней мере для представителей естественнонаучных специальностей, получивших необходимые знания по физике и математике. С другой стороны, некоторые новые ответвления современной математики изложены столь четко, что могут быть рекомендованы даже для первоначального ознакомления с основными идеями и представлениями, как, например, в случае теории фракталов. В целом же, учитывая как доступность, с которой подается материал, так и то обстоятельство, что этот материал представляет собой результат бурного развития ряда направлений в современной физике, химии и математике в последние годы и десятилетия, предлагаемую книгу можно рассматривать как практически необходимый (для естественнонаучных специальностей) и, во всяком случае, весьма желательный элемент культуры современной личности.

В.Пастушенко

 Предисловие

Символом нашего физического мира не может быть устойчивое и периодическое движение планет, что лежит в основе классической механики. Это мир неустойчивостей и флуктуации, в конечном счете ответственных за поразительное разнообразие и богатство форм и структур, которые мы видим в окружающей нас природе. Очевидно, для описания такой ситуации, когда эволюция и плюрализм становятся ключевыми словами, необходимы новые понятия и новые средства. Данная монография представляет собой краткое введение в методы, разработанные в течение последних десятилетий для исследования сложных систем независимо от того, идет ли речь о молекулах, биологических или социальных системах. Особо подчеркивается роль двух дисциплин, в корне изменивших наши взгляды на представления о, сложном. Первая из них -- физика неравновесных состояний. Здесь одним из наиболее неожиданных выводов является открытие новых фундаментальных свойств вещества в условиях сильного отклонения от равновесия. Вторая дисциплина -- это современная теория динамических систем, в которой центральное место занимает открытие превалирования неустойчивостей. Короче, это означает, что изначально малые изменения с течением времени могут существенно усиливаться.

Развиваемые в этой связи новые методы позволяют лучше понять нашу среду обитания, в которой мы обнаруживаем как неожиданные закономерности, так и неожиданные крупномасштабные флуктуации. Существование материи связано с подавляющим доминированием частиц над античастицами, существование жизни -- с доминированием хиральных, асимметричных биомолекул над их антиподами. Каким мог быть селекционный механизм, приведший к столь крупномасштабным закономерностям? Опять же, можно было бы ожидать, что наши климатические условия будут однородными и стабильными. Однако, вопреки таким ожиданиям, климат на Земле сильно флуктуировал на протяжении периодов, малых по сравнению с характерным временем эволюции Солнца. Как такое возможно? Сейчас мы начинаем получать методы, позволяющие непосредственно приблизиться к решению этих вопросов.

В гл.1 данной монографии представлены избранные примеры сложных явлений, возникающих в физико-химических и биологических системах, равно как и в окружающей среде в целом. Такое описание приводит к ряду встречающихся и в других явлениях понятий, таких, как неравновесность, устойчивость, бифуркация, нарушение симметрии и дальний порядок. В гл.2 мы возвращаемся к этим понятиям и анализируем их более детально. Они становятся основными элементами того, что мы можем назвать новым научным словарем -- словарем сложного.

Вслед за этими двумя чисто описательными главами в гл.3 мы обращаемся к проблеме сложного с точки зрения современной теории динамических систем. В ней обсуждаются некоторые механизмы, посредством которых нелинейная система, отклоненная от равновесия, может порождать неустойчивости, приводящие к бифуркациям и нарушению симметрии. Особое место в нашем анализе отводится внезапному появлению хаотической динамики -- естественной тенденции широкого класса систем к переходу в состояния, в которых обнаруживаются как детерминистическое поведение, так и непредсказуемость.

В гл.4 мы пытаемся дать более подробное описание сложных явлений, выходящее за рамки чисто феноменологического уровня предыдущих глав. Здесь излагаются основы вероятностного анализа нелинейных неравновесных систем и строится микроскопическая модель бифуркации и эволюции. Кроме того, обсуждаются некоторые возможности использования понятия информации при описании динамических систем.

С классической точки зрения существовало резкое различие между возможностью и необходимостью, между стохастическим и детерминистическим поведением. Изучение гл.3 и 4 показывает, что в действительности наблюдается значительно более тонкая ситуация. Имеются различные формы случайности, причем некоторые из них связаны с хаотическим поведением решений простых детерминистических уравнений. В гл.5 мы обращаемся к вопросам возникновения случайности и необратимости. С ними тесно связана проблема понимания смысла энергии, а на самом деле -- само понятие времени. Нам представляется, что мы начинаем приближаться к расшифровке содержания знаменитого второго закона термодинамики. Мы существуем в мире неустойчивых процессов, и это позволяет нам определить функцию энтропии. Более того, мы живем в мире, где симметрия между прошедшим и будущим нарушена, в мире, где необратимые процессы ведут к равновесию в нашем будущем. Это универсальное превалирование нарушения временной симметрии лежит в основе второго закона термодинамики.

Выше мы выразили уверенность в том, что наука призвана играть все более важную роль в попытках понять нашу глобальную окружающую среду. По этой причине одна из главных целей изложения методов анализа сложных систем, осуществленного в данной монографии, является возможность преодоления междисциплинарных барьеров и попытка взглянуть по-новому на проблемы, из которых некоторые уже "с бородой". В заключительной гл.6 мы показываем, как может выглядеть такой перенос знаний из одной области в другую. Значительная ее часть посвящена вопросам, находящимся за пределами круга традиционных проблем физических наук, таким, как динамика изменения климата, поведение общественных насекомых и человеческие популяции. Разумеется, каждая из этих проблем имеет свою собственную специфику, поэтому не следует ожидать возможности широкого обобщения соответствующих результатов. Но все-таки и в этих примерах роль нелинейностей и флуктуации проявляется очень четко. Это наводит на мысль: при моделировании таких систем нужно использовать преимущество новых перспектив, открытых перед наукой исследованиями сложных явлений в нелинейных динамических системах.

Наконец, приложения I--V посвящены количественному обзору некоторых методов, использованных в основных разделах этой монографии.

При подготовке книги мы широко пользовались обсуждениями с многочисленными коллегами и сотрудниками. Более всего мы признательны Э.Ребану за критические замечания по оригиналу рукописи и множество предложений по улучшению текста. Нам приятно также выразить признательность за помощь и предложения, которые высказали К.Базенс, Ф.Барас, Дж. Л.Денойбург, И.Элскенс, Р.Файстел, X. Фриш, Р.Мазо, М.Малек-Мансур, К.Николис, Дж. С.Николис, Г.Рао и С.Рао.

Исследования авторов в области термодинамики необратимых процессов и нелинейной динамики проводились при поддержке Международного сольвеевского института физики и химии, министерства образования и научных исследований Бельгии, комиссии ЕЭС, фонда Уэлча (Хьюстон, шт. Техас) и министерства энергетики США.

Г.Николис, И.Пригожин

 Об авторе

Пригожин Илья Романович
Выдающийся физик-теоретик и физикохимик, лауреат Нобелевской премии по химии. Родился 25 января 1917 г. в Москве. В 1921 г. семья Пригожиных эмигрировала из России. Изучал химию в Бельгии в Брюссельском свободном университете, где в 1943 г. стал бакалавром естественных наук. Через год защитил докторскую диссертацию, а в 1947 г. стал профессором физической химии Свободного университета. С 1962 г. — директор Международного института физики и химии Э. Сольвэ в Брюсселе. В 1967 г. И. Пригожин организовал и возглавил Научно-исследовательский центр статистической механики и термодинамики Техасского университета (США), который в 1977 г. был назван его именем. С 1969 г. — президент Бельгийской академии наук. И. Пригожин — почетный член академий многих стран мира, иностранный член Академии наук СССР (с 1982 г.). Удостоен почетных медалей — Аррениуса (1969) и Румфорда (1976).

Основные научные интересы И. Пригожина лежат в области термодинамики и статистической механики неравновесных процессов. Им сформулирована фундаментальная теорема учения о неравновесных процессах. Ему также принадлежит идея применимости этих результатов в биологии. В 1977 г. удостоен Нобелевской премии по химии за работы по термодинамике необратимых процессов, в первую очередь за теорию диссипативных структур.

 
© URSS 2016.

Информация о Продавце