SAMPO FRUITS logo 小
by 木岬さんぽ
【研究】

研究論文
要素還元主義の成果を包含する“複雑系の科学”の本質
一般3ステップス理論と“複雑系の科学”
2. 複雑系に関する各概念の説明
11.散逸構造
『時空と物質とライフの起源─自然科学のための3ステップス的諸原理─』Contents
概論
論文1『物質やライフの生成過程が持っているフラクタル構造』
論文2『プランクスケールの自然についての幾何的モデルの探究が生む驚異的な成果』
論文3『要素還元主義の成果を包含する“複雑系の科学”の本質』
付録『科学について』
あとがき

    



一般3ステップス理論と“複雑系の科学”

2. 複雑系に関する各概念の説明


11.散逸構造



 プリゴジンの「散逸構造理論」については、以下の記述がとても参考になります。
 『それでは、創発の条件とは何か?
 実は、その条件を研究することによって、ノーベル化学賞を受賞した科学者が、イリヤ・プリゴジンにほかならない。近年、複雑系の研究は、サンタフェ研究所が源流であるかのように論じられているが、このブリゴジンらの率いるブリュッセル学派こそが、複雑系の研究の、もうひとつの源流なのである

 さて、プリゴジンは、自然界における創発の現象すなわち、自己組織化の現象を研究したのであるが、その一つの例が、「鍋底の気泡の自己組織化」である。〜
 ブリゴジンは、こうした現象を研究することによって、自己組織化が生じるためには、三つの条件が必要であることを明らかにした。その三つの条件とは、「オープン」(開放系)であること、「ダイナミック」(非平衡系)であること、「ポジティブ・フィードバック」(自己加速系)が存在することの三つである
 (『複雑系の知』 田坂広志 講談社  p.85-86  下線は、筆者による)


 『いま、鍋の底に水を張り、この鍋を底面からガスバーナーなどで加熱した場合を想定しよう。この場合、鍋の底面の温度が上がるにつれ、最初は、底面に細かな気泡がランダムに現れ、これらの気泡が徐々に成長していく。そして、この水の温度が、さらに上昇し、ある臨界温度を超えると、突如、「自己組織化」が生じる。すなわち、鍋の底面には、あたかも“蜂の巣”のような幾何学模様の秩序だった「気泡構造」が生み出されるのである。
 この現象は、我々が日常しばしば観察する、ありふれた自己組織化現象であるが、この自己組織化のプロセスを深く解明し、ブリュッセル学派を率いて「複雑系」の研究のフロンティアを開拓したのが、他ならぬイリヤ・プリゴジンである。そして、彼がノーベル賞を受賞した「散逸構造理論」は、この自己組織化のプロセスが成立するための基本条件を明らかにした、極めて価値のある理論である。

 〜
 この「散逸構造理論」は、厳密には、物理化学的な現象を対象とした理論としてプリゴジンは提唱したのであるが、この理論における「自己組織化の三条件」は、単に物理化学的な現象だけでなく、広く自然現象、生命現象、社会現象において観察される自己組織化プロセスの全般に適用可能な深みを持っている
 (『複雑系の経営』 田坂広志 東洋経済新報社  p.66-68 下線は、筆者による)


 『このように非平衡条件を強めると、新しいマクロな状態に転移する。この新しい状態においは、対流という秩序あるパターンが形成されている。この新しい状態は平衡状態あるいは、その延長上にある熱伝導状態とは著しく異なる。 というのは、粘性によって対流の持つ運動エネルギーが内部エネルギーに散逸していて、これがエントロピー生成の原因となる。もちろん、熱伝導もエントロピーを生成する。 つまり、新しい状態ではエントロピーを生成しながら、対流の構造が維持される。エントロピー生成を伴いながら、生成維持される構造を「散逸構造」と呼ぶ
 このような視点で自然現象を見てゆくと、むしろ身の回りの大部分は非平衡現象である。つまり、物質やエネルギーの移動が維持されている系である。我々のような生命現象も非平衡現象と見なすことができる。〜

 化学反応系に対して外から反応物を供給して生成物を強めていくと、反応が自己触媒的に加速されることがある。つまり生成物がさらに反応を加速するということがおこる。このとき、反応系は不安定化する。〜揺らぎのの空間的な規模が大きくなると、拡散して減衰することができず、むしろ揺らぎは成長して、系全体に広がって新しい構造が形成されるのである。〜
 非平衡開放系(外界と接触している系)における非線形現象という視点は、物理・化学系だけでなく、生態系などにも適用された
 (『プリゴジンの考えてきたこと』 北原和夫 岩波書店  p.94-95、98  下線は、筆者による)


 散逸構造も、本質的には、“3ステップスエージェント”の働きの総和として創発している“新しいレベル3ステップス”の所産であると考えられます。
 すなわち、例えば、『「鍋底の気泡の自己組織化」』も、下のような幾何的モデルで示されると考えられます。

「鍋底の気泡の
自己組織化」
※個々の3ステップスダイヤグラムは、ガスバーナーによって加熱された個々の分子の振る舞い(by熱伝導)を示しています。
 それらの総和として、「気泡の構造」や「対流の構造」が創発することが示されています。


 なお、(単純な熱力学は、線形であるが)散逸構造は、増幅(共鳴(コヒーレンス))を伴う非線形性を持つものです。
 まさに、この「増幅(共鳴)」が、「非平衡」を生んでいる様子も読み取れます。
 つまり、3つの条件、「非平衡、開放系、ポジティブ・フィードバック」についても、この幾何的モデルで、説明できると思います。

※また、次の記述は、この散逸構造理論が、様々なレベルに存在する、普遍的なものであることを示唆していると考えられます。
 『 この「散逸構造理論」は、厳密には、物理化学的な現象を対象とした理論としてプリゴジンは提唱したのであるが、この理論における「自己組織化の三条件」は、単に物理化学的な現象だけでなく、広く自然現象、生命現象、社会現象において観察される自己組織化プロセスの全般に適用可能な深みを持っている
 『非平衡開放系(外界と接触している系)における非線形現象という視点は、物理・化学系だけでなく、生態系などにも適用された



木岬さんぽ

                     




To Page Top


©2016-2019 KIMISAKI SAMPO