рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Хаотические фракталы природы

Хаотические фракталы природы - раздел Науковедение, ФРАКТАЛЫ И ХАОС В БИОЛОГИЧЕСКОМ МОРФОГЕНЕЗЕ Структура Идеального Компьютерного Фрактала Сохраняется При Любых Масштабах Е...

Структура идеального компьютерного фрактала сохраняется при любых масштабах ее рассмотрения. Чтобы получить такой фрактал, итерации должны продолжаться бесконечно долго: если полученное множество утрачивает на каком-то шаге свою фрактальную структуру, оно перестает быть идеальным фракталом. Природные, в частности, биологические структуры - это квазифракталы: они самоподобны лишь на ограниченном отрезке шкалы масштабирования. Некоторые исследователи, например, С.Д. Хайтун (1996), на этом основании приходят к заключению, что фракталы не являются реально существующими объектами, а реальные системы могут быть только фракталоподобными.

Все природные квазифрактальные структуры (рис. ) представляют собой след, результат, структурную запись порождающих их хаотических природных процессов. Фрактальная геометрия природы, неживой и живой - геометрия хаоса. Структурные квазифракталы можно считать пространственными аналогами хаотических нелинейных процессов, в результате которых и возникают природные квазифрактальные структуры.

П. Бак и К. Чен (1991) рассматривают фрактальные структуры как мгновенные «срезы» самоорганизующихся критических процессов, пространственные «отпечатки» самоорганизованной критичности, в структуре которых отсутствует строгое самоподобие.

Рис. . Ураган Линда (снимок со спутника)

Рис. . Вид речного бассейна из космоса

Итак, даже относительно простые фрактальные структуры неживой и живой природы отличаются от идеальных компьютерных фракталов неполнотой и неточностью повторений структуры - это квазифракталы, хаотические, или случайные фракталы.

Хаотические процессы нередко также характеризуются неполной повторяемостью своей структуры при изменении масштаба, т.е. статистическим самоподобием, квазифрактальностью во времени. Множество процессов, происходящих в природе и обществе – от космических и планетарных до физиологических и биохимических явлений – характеризуются хаотической фрактальной динамикой. Б. Мандельброт, анализируя изменения индекса Доу-Джонса, обнаружил фрактальные флуктуации в разных масштабах времени. Шумы и музыка также имеют фрактальную природу. Создаваемая человеком музыка, как оказалось, имеет общие черты с динамикой природных процессов – имитируя таким образом изменения нашего мира во времени.

Особый тип хаотических фракталов составляют так называемые фрактальные кластеры - новый класс физических объектов, плотность которых уменьшается по мере роста, с увеличением размера кластера. Исследование фрактальных кластеров, представляющее собой новое направление в физике (Смирнов,1991), перспективно и для биологии, поскольку многие биологические объекты подобны физическим фрактальным кластерам. О физических фрактальных кластерах уже написаны книги, обзоры и сотни статей. Это направление исследований началось с появления новой теоретической модели - модели агрегации, ограниченной диффузией (diffusion limited aggregation, DLA; рис.22), описывающей агрегацию частиц в условиях их случайного движения (Witten, Sander, 1981; Сандер. 1987).

Несколько позже выяснилась универсальность этой модели и ее применимость к имитационному моделированию многих фрактальных форм неживой и живой природы и столь разных явлений как осаждение металла при электролизе, электрический разряд при пробое диэлектрика, формирование “вязких пальцев” при вытеснении воздухом вязкой жидкости, рост минеральных дендритов, бактериальных колоний (рис. 23).

Рис. . Фрактальные кластеры: компьютерное моделирование

Рис. . Физические фрактальные кластеры: осаждение металла при электролизе; «вязкие пальцы»; электрический разряд (Сандер, 1987)

Модифицируя экспериментальные условия, можно получить рост анизотропных кластеров. Так, рост дендритных кластеров цинка при электролизе и дендритов другой природы от граничной поверхности ведет к образованию анизотропных фрактальных деревьев, весьма напоминающих формы живой природы.

Экспериментальным путем получены и трехмерные анизотропные натурные кластеры - металлические деревья Даккора (G. Daccord). Для получения таких трехмерных фрактальных деревьев в гипсе высверливаются отверстия, через которые поступает дистиллированная вода, понемногу растворяющая гипс; затем образовавшиеся пустоты заполняются металлическим сплавом, а оставшийся гипс удаляется кислотой.

Внешнее сходство фрактальных кластеров весьма разнообразной природы подкрепляется возможностью их моделирования на основе модели DLA (Witten, Sander, 1981), ее вариантов и родственных моделей. При этом компьютерные модели не только имитируют морфологию фрактальных кластеров и дают их математическое описание, но и объясняет образование таких кластеров. Отличительная черта модели DLA и подобных процессов роста фрактальных агрегатов – концентрация ростовых процессов в периферических областях кластера, что происходит вследствие экранирования внутренних частей агрегата от вновь поступающих диффундирующих частиц.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

ФРАКТАЛЫ И ХАОС В БИОЛОГИЧЕСКОМ МОРФОГЕНЕЗЕ

В В Исаева Ю А Каретин...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Хаотические фракталы природы

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Исследования фракталов в биологии
Фрактальная самоорганизация клеток Фрактальный хаос в организации нейронов Фракталы и хаос в организме Фракталы и хаос в морфологии гастроваскулярной системы иедузы Aurel

Фрактальная геометрия
Фрактальная геометрия обязана своим возникновением (в современном виде) Б. Мандельброту и развитию компьютерной техники. Бенуа Мандельброт (Benoit Mandelbrot, во французском произношении – Б. Манде

Динамический (детерминированный) хаос
  В классической равновесной термодинамике мерой хаоса служила энтропия. Понятие энтропии введено Клаузиусом. Цитируем два первых закона термодинамики в формулировке Р. Клаузиуса (R.

Теория самоорганизации
Сценариям перехода от порядка к хаосу противостоит сценарий противоположной направленности - возникновение порядка из хаоса, самоорганизация. Возникновение диссипативных структур как перех

Биологическая самоорганизация и моделирование в биологии
В среде биологов господствует редукционизм, в основе которого лежат представления об однозначной детерминированности причинно-следственных связей. Такой подход назван Л.В. Белоусовым (2001)

Исследования фракталов в биологии
Фрактальная геометрия дала возможность сжатого математического описания биологических структур и процессов, недоступных для описания языком геометрии Эвклида. «Ученые (я уверен) бу

Фрактальный хаос в организации нейронов
  Нами рассмотрена квазифрактальная организация нейронов рыб, ранее в таком аспекте не исследованных. Определение значения фрактальной размерности применено для количественной характе

Фракталы и хаос в организме
  Попытаемся рассмотреть проявления хаоса в морфологической организации некоторых квазифрактальных структур многоклеточных животных. Многие биологи весьма скептически относятся к утве

Фракталы и хаос в ветвления каналов гастроваскулярной системы иедузы Aurelia aurita
Реальная возможность оценки степени хаотичности некоторых систем возможна в сравнении их частей в пределах одного организма: у радиально симметричных - в разных антимерах, у билатерально симметричн

Формирование хаотических паттернов в онтогенезе медузы Aurelia.
Неоднократно была отмечена вариабельность морфологической организации А. aurita с нарушениями тетрарадиальной симметрии: отклонением от нормы числа ропалиев, изменением числа перрадиальных и

Подписи к рисункам
Рис. 1. Паттерн каналов гастроваскулярной системы метаэфиры (а) и ранней медузы Aurelia aurita (б, в); стрелкой указан отросток кольцевого канала. Длина масштабной линии 250 мкм. Ри

Хаотические фракталы жаберной трахейной системы личинок поденок
  Богатый материал для анализа изменчивости фрактальных структур в пределах одного организма можно получить, изучая так называемые трахейные жабры (тергалии) личинок поденок - как изв

Хаос и фракталы в эволюции Metazoa
Любой организм, орган или клеточный ансамбль обладают квазифрактальными свойствами, которые, однако, могут быть выражены в большей или меньшей степени. В одних живых системах хаотичные паттерны наг

Топологический дизайн Metazoa
Биологи традиционно и повсеместно используют язык геометрии Эвклида для описания структур и динамики формообразования на субклеточном, клеточном, тканевом уровнях, в индивидуальном развитии организ

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги