CC BY
11ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 57.038
СИНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭКОСИСТЕМНЫХ СВЯЗЕЙ В ЮЖНОМ ПРИАРАЛЬЕ
Уразымбетова Эльзура Пулатовна Urazimbetova Elzura Pulatovna
Базовый докторант Basic doctoral student
Каракалпакский научно-исследовательский институт естественных наук Karakalpak scientific research institute of natural sciences
Нукус, Узбекистан Nukus, Uzbekistan Тлеумуратова Бибигуль Сарыбаевна Tleumuratova Bibigul Saribayevna Доктор физико-математических наук Doctor of Physical and Mathematical Sciences Каракалпакский научно-исследовательский институт естественных наук Karakalpak scientific research institute of natural sciences
Нукус, Узбекистан Nukus, Uzbekistan
SYNERGETIC ANALYSIS OF ECOSYSTEM RELATIONS IN THE SOUTHERN ARAL REGION
Аннотация. В работе обсуждается возможность исследования экосистемы Южного Приаралья с позиции синергетики, что позволяет получить качественно новую информацию о прежде неосвещенных аспектах Аральского кризиса. Найдена связь синергетики с концепцией нелинейного развития природных систем, которую можно использовать в исследовании природных процессов.
Abstract. The paper discusses the possibility of studying the ecosystem of the South Prearalie from the standpoint of synergetics, which makes it possible to obtain qualitatively new information about previously uncovered aspects of the Aral Sea crisis. The connection of synergetics with the concept of non-linear development of natural systems, which can be used in the study of natural processes, is found.
Ключевые слова: экосистема Южного Приаралья, Аральский кризис, синергетика, нелинейность, взаимосвязи, бифуркация, когерентность.
Keywords: ecosystem of the South Prearalie, Aral crisis, synergetics, non-linearity, interconnections, bifurcation, coherence.
Аральский кризис привел к нарушению динамического равновесия экосистемы региона. Поскольку ослабли и исчезли некоторые взаимосвязи, главной среди которых являлась связь Аральского моря с реками Амударьей и Сырдарьей, синергетическую обстановку в Южном Приаралье можно отметить как кризис изоляции компонентов системы.
В результате бифуркации на большом временном интервале при изменении параметров порядка подсистем, произошел переход от линейного к нелинейному состоянию экосистемы Южного Приаралья. Нелинейность в синергетических структурах обуславливается наличием множества обратных связей, в особенности таких связей как циклическая и синергетическая связь.
В экосистеме Южного Приаралья можно выявить все виды связей. Например, генетической связью является связь между поколениями живых организмов, а связь между стоком Амударьи и усыханием Аральского моря - функциональной. Следовательно, причинно-следственные связи и связи воздействия в экологии именуются факторами, а функциональные связи зачастую - форсингами [1, с. 59].
Для Аральского кризиса свойственен принцип положительной обратной связи, когда изменения, появляющиеся в системе, не подавляются и корректируются, а, наоборот, понемногу накапливаются и в результате приводят к разрушению старой и зарождению новой системы, т.е. посредством неустойчивости происходит процесс самоорганизации.
В экосистеме Южного Приаралья преобладают синергетические связи, поскольку трансформация элементов и подсистем происходит согласованно, взаимосвязанно и эмерджентно. К примеру, деградация Арала и деградация растительного покрова проходят синхронизированно, более того, вынос солей с осушенного дна Аральского моря, как следствие усыхания моря, увеличивает сокращение площадей, занятых растительностью. В итоге подобной согласованной трансформации увеличивается эффект ухудшения экологического состояния региона в целом.
Экосистема Арала и Приаралья безусловно обладает свойством открытости, обмениваясь веществом, энергией с окружающей средой. На входе это в первую очередь геофизические процессы, гидрорежим Амударьи, на выходе - вынос солей с осушенного дна Аральского моря, тепловые и влажностные потоки в атмосферу. В открытых системах происходит также обмен энтропией с окружающей средой. Входные параметры способствуют наращиванию структурной неоднородности данной системы, а выходные - сглаживанию структурных неоднородностей в системе [2, с. 16].
Открытость природных систем, как зависимость от внешних воздействий, предназначает натуру ее развития, будь то гомеостаз или кризис, зависящий от случайных отклонений от средних значений (флуктуации). При этом флуктуация, развивающаяся быстрее других, как бы «подчиняет» себе остальные процессы, и в результате все элементы системы оказываются вовлечены в крупномасштабное движение, что является действием принципа подчинения, одного из наиболее фундаментальных в синергетике [3, с. 12].
Неравновестность системы Арала и Приаралья возможно установить, как положение открытой системы, близ котором случается модифицирование её макроскопических параметров, т.е. её состава, структуры и поведения [4, с. 467]. Это в первую, конечно, сокращение стока Амударьи и высыхание Аральского моря, а также деградации и сукцессии биоты.
Внешние влияния на биологическую систему, затмевающее силу ее внутренних связей и способность к адаптации, приводит к неустойчивости, необратимым изменениям и гибели системы.
Изменение экосистемы Арала и Приаралья, как и любой синергетической системы, крепко соединено со стремлением к устойчивому состоянию. Медленный ход формирования к новому состоянию стабильности случается постепенно и классифицируются определением сукцессия. В отличие от сукцессии кризис характеризуется более быстрыми, нелинейными процессами и возрастанием энтропии. Для кризиса характерно преимущество обратных положительных связей экосистемы над обратными отрицательными и формирование нового свойства системы за счет перестройки на нижележащем структурном уровне.
Нелинейность внутренних связей и взаимодействий с внешней средой, свойственная для неравновесных структур, характерна и для экосистемы Арала и Приаралья, претерпевающей масштабные трансформации и обладающей сложной структурной динамикой. Нелинейность ее обуславливается наличием множества обратных связей, а еще тем, что в разное время, при разных внешних влияниях ее поведение определяется разными законами.
Вынос солей является прямым последствием усыхания Арала. С другой стороны, вынос солей, пересекая акваторию Арала, в свою очередь воздействует на соленость Аральской воды, являющуюся главным причиной соленакопления на постаквальной суше. Эта положительная обратная связь особенно существенна для восточной части Большого Арала ввиду ее мелководности. Вынос солей влияет также на состояние растительного покрова и вносит явный вклад в воздействие последнего на засоление почв. Частичное зарастание осушенного дна объясняет отрицательную обратную связь между растительным покровом и выносом солей. Указанная циклическая связь описывает многолетнюю системную динамику функционирования данной подсистемы [5, с. 141].
В отличие от общей теории систем синергетика сосредотачивает свое внимание на кооперативных, когерентных и самосогласованных процессах, появляющийся в непростых нелинейных системах.
Когерентности процессов Аральского кризиса, проявляющейся на расстояниях, затмевающих масштабы межэлементных взаимодействий в системе. Казалось бы, независимые процессы усыхания Арала и деградации тугаев вдоль Амударьи текут отдельно, на самом деле согласованность данных процессов обеспечена одинаковостью подобного параметра порядка, как растущие флуктуации гидрорежима Амударьи. Вдали от критической точки фазового перехода когерентным может являться поведение компонентов системы и на уровне среди элементных взаимодействий, например, согласованность изменений численности в системе «хищник-жертва», обусловленная трофическими связями.
Изучение связей и когерентности обладает особенной познавательной ценностью. Когнитивность связей заключается в том, что при невозможности прямого исследования объекта мы можем судить о наличии или отсутствии у него тех или иных свойств по поведению непосредственно связанных с ним объектов. Когерентность же в сочетании с методом аналогий разрешает раскрывать присутствие реакции на сильный возмущающий сигнал всей структуры динамической системы. Другими словами, результаты исследований динамики раздельных компонентов экосистемы могут быть сравнимыми и взаимо ратифицируемыми. Таким образом, согласованность поведения компонентов неравновесной самоорганизующейся системы сможет служить оригинальным пределом валидации результатов исследования динамики поведения раздельных компонентов системы. Для выявления и количественной оценки закономерностей развития экосистемы важен системный анализ динамики ее структуры, т.е. состава компонентов и их взаимодействий путем структурно-глобальных, межвидовых и внутривидовых связей.
Список литературы:
1. Тлеумуратова Б.С., Мустафаева Р. Синергетические аспекты Аральского кризиса. Монография. -Нукус: «Илим», 2021. - 120с.
2. Никитенков Н.Н., Никитенкова Н.А. Синергетика для инженеров: учебное пособие / Н.Н. Никитенков, Н.А. Никитенкова - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. -168 с.
3. Пляцук Л. Д., Черныш Е.Ю. Синергетика: нелинейные процессы в экологии /Сумы: изд-во СГУ, 2016. - 237с.
4. Фейгенбаум М. Универсальность в поведении нелинейных систем / М. Фейгенбаум // УФН. 1983. - Т. 141, №2. - С. 343-374.
5. Тлеумуратова Б.С. Математическое моделирование влияния трансформаций экосистемы Южного Приаралья на почвенно-климатические условия. / Дисс...докт., Ташкент, 2018.
УДК 53
СПОНТАННОЕ НАРУШЕНИЕ СИММЕТРИИ НА ПРИМЕРЕ ВЕЩЕСТВЕННОГО
ПОЛЯ КЛЕЙНА — ГОРДОНА
Тищенко И.Ю., Тищенко Д.Ю., Завгородний С.А.
Кубанский государственный аграрный университет имени И. Т. Трубилина,
г. Краснодар Бережанская С.А.
Крымский федеральный университет имени В. И. Вернадского, г. Симферополь
SPONTANEOUS SYMMETRY BREAKING ON THE EXAMPLE OF THE KLEIN —
GORDON REAL FIELD
Tishchenko I. Yu., Tishchenko D. Yu., Zavgorodny S.A.
Kuban State Agrarian University named after I. T. Trubilin, Krasnodar
Berezhanskaya S.A.
V. I. Vernadsky Crimean Federal University, Simferopol
Аннотация. В данной научной работе рассматривается симметрия в природе и физике, ее математическое описание. Рассматривается спонтанное нарушение вещественного поля Клейна — Гордона. Показана роль симметрии и спонтанного нарушения симметрии в развитии физике.
Annotation. This scientific work examiner symmetry in nature and physics, its mathematical description. The spontaneous breaking of the Klein—Gordon real field is considered. The role of symmetry and spontaneous symmetry breaking in the development of physics is shown.
Ключевые слова: симметрия, спонтанное нарушение симметрии, тахион, потенциальная энергия Keywords: symmetry, spontaneous symmetry breaking, tachyon, potential energy
Многое в природе обладает симметрией. Так многие повседневные предметы обладают зеркальной симметрией, к примеру, плоскогубцы при отражении правой половины в левую и наоборот.
Симметрия - это способность объекта не изменять свои свойства при различных преобразованиях[1,
50].
Не только материальные объекты обладают симметрией, так различным математическим функциям, уравнениям и операторам свойственна инвариантность. Это позволяет применять симметрию к законам физики. К примеру, можно говорить об инвариантности тех или иных функций и уравнений при преобразованиях систем координат. Математически общие симметричные свойства описываются с помощью теории групп[1, 50].
Вначале в физике рассматривались лишь пространственно-временные преобразования, которые относятся к геометрическим видам симметрии. Но с ходом развития науки были открыты и другие, такие как калибровочная, перестановочная и унитарная инвариантности[1, 51].
Роль симметрии в современной теоретической физике очень большая: с её помощью удалось добиться первых успехов на пути объединения фундаментальных взаимодействий. Так каждому типу фундаментальных взаимодействий соответствует своя группа: электромагнитным взаимодействиям соответствует группа Щ1), слабым взаимодействиям SU(2), а сильным SU(3). Свойства фундаментальных частиц и их взаимодействий можно вывести из свойств этих групп. Фактически вся структура фундаментальных частиц и их взаимодействий определяется калибровочными группами Щ1), SU(2) и SU(3), именно поэтому сейчас в качестве теории Великого объединения рассматривают модели, построенные на основе групп, в которые Щ1), SU(2) и SU(3) входят как подгруппы. Такой подход позволяет рассмотреть известные элементарные частицы как состояние единого поля[2, 344].
Современные теории строятся не только на симметрии, но и на ее спонтанном нарушении. Так при достаточно больших энергиях электромагнитные и слабые ядерные силы могут объединиться в одно
