34.5: Ukamilifu na machafuko

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza mifumo tata.
• Jadili tabia ya machafuko ya mifumo tofauti.

Sehemu kubwa ya kile kinachotuvutia kuhusu fizikia ni kuhusiana na uhusiano wa msingi na unyenyekevu wa msingi wa sheria tumegundua. Lugha ya fizikia ni sahihi na inaelezwa vizuri kwa sababu mifumo mingi ya msingi tunayojifunza ni rahisi kutosha kwamba tunaweza kufanya majaribio yaliyodhibitiwa na kugundua mahusiano yasiyo na maana. Mafanikio yetu ya kuvutia zaidi, kama vile utabiri wa chembe ambazo hazijazingatiwa hapo awali, hutoka kwa mifumo rahisi ya msingi tuliyoweza kutambua. Lakini kuna mifumo ya maslahi kwa fizikia ambayo ni ya asili tata. Sheria rahisi za fizikia zinatumika, bila shaka, lakini mifumo ngumu inaweza kufunua mifumo ambayo mifumo rahisi haifai. Sehemu inayojitokeza ya utata ni kujitolea kwa utafiti wa mifumo tata, ikiwa ni pamoja na wale walio nje ya mipaka ya jadi ya fizikia. Ya riba hasa ni uwezo wa mifumo tata ya kukabiliana na kubadilika.

Je, ni baadhi ya mifano ya mifumo tata adaptive? Moja ni bahari ya kwanza. Wakati bahari zilipoanzishwa kwanza, zilikuwa mchanganyiko wa vipengele na misombo ambayo yalitii sheria za fizikia na kemia. Katika muda mfupi wa kijiolojia (karibu miaka milioni 500), maisha yalikuwa yameibuka. Uigaji wa maabara unaonyesha kwamba kuibuka kwa maisha kulikuwa na kasi sana kuwa imetokana na mchanganyiko wa random wa misombo, hata kama inaendeshwa na umeme na joto. Lazima uwe na uwezo wa msingi wa mfumo tata kujiandaa yenyewe, na kusababisha kujipatia binafsi tunayotambua kama maisha. Vyombo vya kuishi, hata katika ngazi ya unicellular, vinapangwa sana na utaratibu. Mifumo ya viumbe hai wenyewe ni mifumo tata ya adaptive. Wengi wa haya yalibadilika katika mfumo wa kibiolojia tuliyo nayo leo, na kuacha athari katika rekodi ya kijiolojia ya hatua zilizochukuliwa njiani.

Ukamilifu kama nidhamu inachunguza mifumo tata, jinsi ya kukabiliana na kubadilika, kutafuta kufanana na mifumo mingine tata adaptive. Je, kwa mfano, ulinganifu unaweza kupatikana kati ya mageuzi ya kibiolojia na mageuzi ya mifumo ya kiuchumi? Mifumo ya kiuchumi hujitokeza haraka, huonyesha mielekeo ya kujitegemea, ni ngumu (kwa idadi na aina ya shughuli), na hubadilika na kubadilika. Mifumo ya kibaiolojia hufanya aina zote za vitu sawa. Kuna mifano mingine ya mifumo tata inayofaa inayojifunza kwa kufanana kwa msingi. Tamaduni zinaonyesha ishara za kukabiliana na mabadiliko na mageuzi. Ulinganisho wa mageuzi mbalimbali ya kitamaduni unaweza kuzaa matunda pamoja na kulinganisha na mageuzi ya kibiolojia. Sayansi pia ni mfumo mgumu wa mwingiliano wa kibinadamu, kama utamaduni na uchumi, ambao unafanana na habari mpya na shinikizo la kisiasa, na hubadilika, kwa kawaida kuwa zaidi ya kupangwa badala ya chini. Wale wanaojifunza mawazo ya ubunifu pia wanaona sambamba na mifumo tata. Binadamu wakati mwingine huandaa vipande karibu vya habari, mara nyingi hufahamu wakati wa kufanya mambo mengine, na kuja na ufahamu wa ubunifu wa kipaji. Maendeleo ya lugha ni mfumo mwingine mgumu wa adaptive ambao unaweza kuonyesha tabia sawa. Akili ya bandia ni jaribio la wazi la kuunda mfumo unaofaa ambao utajiandaa na kubadilika kwa namna ile ile kama maisha ya akili anayejifunza. Hizi ni chache ya mada mbalimbali ya kuwa alisoma na wale ambao kuchunguza utata. Sasa kuna taasisi, majarida, na mikutano, pamoja na popularizations ya mada kujitokeza ya utata.

Katika fizikia ya jadi, nidhamu ya utata inaweza kutoa ufahamu katika maeneo fulani. Thermodynamics inachukua mifumo kwa wastani, wakati mechanics ya takwimu inahusika kwa undani na mifumo tata ya atomi na molekuli katika mwendo random mafuta. Hata hivyo kuna shirika, kukabiliana na hali, na mageuzi katika mifumo hiyo tata. Matukio yasiyo ya usawa, kama vile uhamisho wa joto na mabadiliko ya awamu, ni tabia tata kwa undani, na mbinu mpya kwao zinaweza kubadilika kutoka kwa utata kama nidhamu. Ukuaji wa kioo ni mfano mwingine wa kujitegemea shirika linalojitokeza katika mfumo tata. Alloys pia ni mchanganyiko wa asili ambao huonyesha sifa fulani rahisi zinazoashiria shirika la kibinafsi. Shirika la atomi za chuma katika nyanja za magnetic kama zinapopoza ni nyingine. Labda ufahamu katika maeneo haya magumu yatatokea kutokana na utata. Lakini kwa kiwango cha chini, nidhamu ya utata ni mfano mwingine wa jitihada za kibinadamu kuelewa na kuandaa ulimwengu unaozunguka, sehemu ya mizizi katika nidhamu ya fizikia.

Mtangulizi wa utata ni mada ya machafuko, ambayo yametangazwa sana na imekuwa nidhamu yake mwenyewe. Pia ni msingi sehemu katika fizikia na huchukua madarasa mapana ya matukio kutoka taaluma nyingi. Chaos ni neno linalotumiwa kuelezea mifumo ambayo matokeo yake ni nyeti sana kwa hali ya awali. Obiti ya sayari Pluto, kwa mfano, inaweza kuwa machafuko kwa kuwa inaweza kubadilika mno kutokana na mwingiliano mdogo na sayari nyingine. Hii inafanya tabia yake ya muda mrefu haiwezekani kutabiri kwa usahihi, kama vile hatuwezi kusema kwa usahihi ambapo satellite ya Dunia inayoharibika itashuka au ni vipande ngapi vinavyovunja ndani. Lakini nidhamu ya machafuko imepata njia za kukabiliana na mifumo hiyo na imetumika kwa mifumo inayoonekana isiyohusiana. Kwa mfano, moyo wa watu wenye aina fulani za arrhythmias uwezekano wa lethal inaonekana kuwa machafuko, na ujuzi huu unaweza kuruhusu ufuatiliaji wa kisasa zaidi na kutambua haja ya kuingilia kati.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Picha hii inahusiana na kuweka Mandelbrot, fomu tata ya hisabati ambayo ni machafuko. Mwelekeo ni mzuri sana unapoangalia karibu na karibu, na zinaonyesha utaratibu mbele ya machafuko. (mikopo: Gilberto Santa Rosa)

Machafuko yanahusiana na utata. Mifumo mingine ya machafuko pia ni ngumu ya asili; kwa mfano, vortices katika maji kinyume na pendulum mara mbili. Wote ni machafuko na hayatabiriki kwa maana sawa na mifumo mingine. Lakini kunaweza kuwa na shirika katika machafuko na inaweza pia kupimwa. Mifano ya mifumo ya machafuko ni nzuri mwelekeo fractal kama vile katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\). Mifumo mingine ya machafuko huonyesha shirika la kibinafsi, aina ya machafuko imara. Njia za sayari katika mfumo wetu wa jua, kwa mfano, inaweza kuwa machafuko (hatujui bado). Lakini wao ni dhahiri kupangwa na utaratibu, na formula rahisi kuelezea radii orbital ya sayari nane za kwanza na ukanda wa asteroid. Vortices kubwa katika anga ya Jupiter ni machafuko, lakini Great Red Spot ni imara kujitegemea shirika la nishati ya mzunguko (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Great Red Spot imekuwa katika kuwepo kwa angalau miaka 400 na ni tata binafsi adaptive mfumo.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Great Red Spot juu ya Jupiter ni mfano wa kujitegemea shirika katika mfumo tata na machafuko. Vortices ndogo katika anga ya Jupiter hufanya machafuko, lakini doa ya ukubwa wa Dunia mara tatu ni ya kupangwa na imara kwa angalau mamia ya miaka. (mikopo: NASA)

Sehemu inayojitokeza ya utata, kama uwanja wa sasa wa jadi wa machafuko, ni sehemu ya mizizi katika fizikia. Wote wanajaribu kuona mifumo sawa katika matukio mengi sana na, kwa hiyo, huzalisha uelewa bora wao. Muda utasema athari gani nyanja hizi zina katika maeneo ya jadi zaidi ya fizikia pamoja na taaluma nyingine zinazohusiana nazo.

Muhtasari

• Ukamilifu ni shamba kujitokeza, mizizi hasa katika fizikia, kwamba inazingatia mifumo tata adaptive na mageuzi yao, ikiwa ni pamoja na binafsi shirika.
• Ukamilifu una maombi katika fizikia na taaluma nyingine nyingi, kama vile mageuzi ya kibiolojia.
• Machafuko ni shamba ambalo linasoma mifumo ambayo mali hutegemea sana kwa vigezo vingine na ambao mageuzi hayawezekani kutabiri.
• Mifumo ya machafuko inaweza kuwa rahisi au ngumu.
• Uchunguzi wa machafuko umesababisha mbinu za kuelewa na kutabiri tabia fulani za machafuko.

faharasa

utata

uwanja kujitokeza kujitoa kwa utafiti wa mifumo tata

machafuko

neno kutumika kuelezea mifumo, matokeo yake ni nyeti sana kwa hali ya awali