Samoorganizacja
Samoorganizacja, samoporządkowanie (ang. self-organisation, self-assembly) – zjawiska, w których elementy układu złożonego ulegają spontanicznemu uporządkowaniu; tworzenie się zorganizowanych struktur przestrzennych lub korelacji w przestrzeni i czasie pod wpływem oddziaływań zachodzących pomiędzy elementami układu, oraz między układem a jego otoczeniem.
Terminologia
edytujW zależności od kontekstu i dyscypliny naukowej słowa samoorganizacja i samoporządkowanie mogą być traktowane jako synonimy, lub mieć osobne znaczenia[1].
Samoorganizacja może dotyczyć różnych dziedzin i obejmować układy o różnych rozmiarach fizycznych i różnym stopniu złożoności: od kilkunastoelementowych (np. kapsomery wirusów spontanicznie łączące się w otoczkę wokół materiału genetycznego wirusa), po praktycznie nieskończone (samoorganizacja materii w kosmosie: tworzenie i uporządkowanie galaktyk)[2].
Chemia
edytujSamoorganizacja zachodząca na poziomie indywiduów chemicznych (atomów, cząsteczek, kompleksów) nosi nazwę samoorganizacji molekularnej. Mimo mikroskopowego charakteru oddziaływań chemicznych, formy samoorganizacji powstające w takich układach mogą być makroskopowe: klasycznym przykładem są struktury pojawiające się w oscylacyjnych reakcjach chemicznych. Za przejaw samoorganizacji można także uznać tworzenie się w pewnych warunkach szczególnych struktur krystalicznych, tak zwanych dendrytów[3].
Struktury dyssypatywne
edytujOprócz samoistnego porządku towarzyszącego układom termodynamicznym w stanie równowagi (np. uporządkowania cząsteczek lub atomów tworzących kryształ), istnieją również formy samoorganizacji pojawiające się jedynie w układach dalekich od stanu równowagi, niejako napędzane przepływem energii lub entropii. Ponieważ formy te istnieją jedynie dzięki przepływom (inaczej rozpraszaniu lub dyssypacji), nazywa się je strukturami dyssypatywnymi.
Formalnie takimi strukturami są dowolne organizmy żywe, dla których osiągnięcie stanu równowagi termodynamicznej byłoby równoznaczne ze śmiercią[4].
Układy biologiczne
edytujSamoorganizacja w układach biologicznych odpowiada za budowę większości tkanek, a także za samorzutną organizację populacji i ekosystemów. Przykładowo, zdaniem Deborah Gordon i Giovanny Serugendo, termity lub mrówki budujące swoje kopce nie kierują się przy tym wizją całości dzieła, mrowisko lub kopiec powstaje wskutek samoorganizacji w działaniu jednostek reagujących na bodźce chemiczne wytwarzane przez resztę kolonii[5][6]. Z kolei Günther Becker zaobserwował, że termity z gatunku Heterotermes indicola umieszczone w osobnych pojemnikach bez możliwości komunikacji chemicznej, cieplnej czy za pomocą drgań, zachowywały się tak, jakby tworzyły jeden wspólny kopiec, komunikując się za pomocą czegoś, co Becker określił mianem biopola[7].
Optymalizacja
edytujObserwacja zjawisk występujących w przyrodzie pozwoliła na odkrycie algorytmów statystycznych samoorganizacji, wykorzystywanych do optymalizacji. Na przykład zachowania mrówek znalazły odbicie w tzw. algorytmach mrówkowych (ang. ant algorithms), stosowanych m.in. do optymalizacji dyskretnej[6][8]. Do tej klasy należą także algorytmy oparte na symulowanym wyżarzaniu[9] oraz na samoorganizacji systemów wieloagentowych (ang. multi-agent systems – MAS)[10].
Modelowanie
edytujSamoorganizacja może mieć również miejsce w układach abstrakcyjnych na poziomie symulacji komputerowej (np. automaty komórkowe) lub rozwiązań modelu matematycznego (np. równań różniczkowych związanych z modelowaniem pogody), przy czym jeśli układy te są adekwatnym opisem rzeczywistych zjawisk (odpowiednio, np. kolonii grzybów lub rzeczywistej konwekcji w atmosferze), to podobne formy samoorganizacji występują również w modelowanych zjawiskach rzeczywistych (odpowiednio, np. czarcie koła grzybów, cykliczne wahania pogody).
Materiały uzupełniające
edytuj- Stuart Kauffman: At home in the universe: the search for laws of self-organization and complexity. New York: Oxford University Press, 1995. ISBN 0-19-509599-5.
Przypisy
edytuj- ↑ Softmachines
- ↑ [The self-organized Universe, R. Murdzek O. Iftimie]
- ↑ Ples M., Metaliczne rośliny. Krystaliczne dendryty srebra, Chemia w Szkole, 3 (2015), Agencja AS Józef Szewczyk, str. 6-10, dostępny online
- ↑ Charles H. Lineweaver, Chas A. Egan. Life, gravity and the second law of thermodynamics. „Physics of Life Reviews”. 5 (4), s. 225-242, 2008. Science Direct. DOI: 10.1016/j.plrev.2008.08.002.
- ↑ Deborah M. Gordon. The Organization of Work in Social Insect Colonies. „Complexity”. 8 (1), s. 43-47, 2003. Wiley Periodicals, Inc..
- ↑ a b Giovanna Di Marzo Serugendo. Self-Organisation and Emergence in MAS: An Overview. „Informatica”. 30, s. 45-54, 2006.
- ↑ Günther Becker. Communication between termites by biofields. „Biological Cybernetics”. 26 (1), s. 41-44, 1977. Springer-Verlag. DOI: 10.1007/BF00363990.
- ↑ Marco Dorigo, Gianni Di Caro, Ant Algorithms for Discrete Optimization [online].
- ↑ D.S Bradburn. Self-organization of non-numeric data sets. „Proceedings of IJCNN-91-Seattle International Joint Conference on Neural Networks”. i, s. 37-41, 8-14 Jul 1991.
- ↑ Michael Schillo i inni, Self-Organization in Multiagent Systems: From Agent Interaction to Agent Organization (2002) [online] [dostęp 2009-04-09] (ang.).