Dynamic Systems: Exploring the Paradigms of Change Hoofdstuk 3 uit: A dynamic Systems Appoach to the development of Cognition and Action (Thelen & Smith)

Presentatie over: "Dynamic Systems: Exploring the Paradigms of Change Hoofdstuk 3 uit: A dynamic Systems Appoach to the development of Cognition and Action (Thelen & Smith)"— Transcript van de presentatie:

1 Dynamic Systems: Exploring the Paradigms of Change Hoofdstuk 3 uit: A dynamic Systems Appoach to the development of Cognition and Action (Thelen & Smith) Dynamische Systeem Groep

2 Overzicht van het hoofdstuk De Belousov-Zhabotinskii reactie Principles of dynamic systems –Complexity and systems far-from-equilibrium –Self-organizing Systems –Dynamic Stability and Attractors –Phase Shifts: How Dynamic Systems Change States –Fluctuations and Transistions: Upacking the Processes of Change The Importance of Time Scale Relations A Note on Noise A Further Note on Stability Dynamic Systems: Exploring the Paradigms of Change Dynamische Systeem Groep: 19-11-2004

3 De Belousov - Zhabotinskii reactie Dynamic Systems: Exploring the Paradigms of Change Dynamische Systeem Groep: 19-11-2004 Een chemische reactie waarbij patronen van concentrische ringen en spiralen ontstaan in de reagerende vloeistof. De patronen vervagen en het systeem ‘sterft’ als secundaire reacties de de primaire reactie verstoren.

4 Een Belousov - Zhabotinskii reactie Dynamic Systems: Exploring the Paradigms of Change Dynamische Systeem Groep: 19-11-2004 Een chemische reactie waarbij patronen van concentrische ringen en spiralen ontstaan in de reagerende vloeistof. De patronen vervagen en het systeem ‘sterft’ als secundaire reacties de de primaire reactie verstoren. 10ml 0.48M malonic acid 10ml saturated KBrO 3 20ml 0.6M H 2 SO 4 10ml 0.005M ferrion 0.15 g Ce(NH 4 ) 2 (NO 3 ) 6 Taken form a page by Gabriel Peterson: http://online.redwoods.cc.ca.us/instruct/darnold/DEProj/Sp98/Gabe/intro.htm

5 De Belousov - Zhabotinskii reactie Dynamic Systems: Exploring the Paradigms of Change Dynamische Systeem Groep: 19-11-2004 Wanneer de reactie in stand wordt gehouden door via een pomp chemicaliën toe te voegen ontstaan afwissellens oscillaties, chaos en periodiciteit in de concentratie van de chemaliën, afhankelijk van hoe ver het systeem ‘uit evenwicht’ wordt gebracht. De patronen zijn met een mathematisch model te modeleren.

6 De Belousov - Zhabotinskii reactie Dynamic Systems: Exploring the Paradigms of Change Dynamische Systeem Groep: 19-11-2004 Waarom is dit een bijzondere reactie? Op blz. 46 zeggen ze: The changes look random, but are not: the ions fluctuated in a complex but deterministic manner, known mathematically as chaos. Op blz. 49 zeggen ze: [..] our approach [...] discards simple cause-and-effect models, linearity, determinism, and reductionist analysis. Wat is nu hun positie ten aanzien van determinisme?

7 Principles of Dynamic Systems: Complexity and Systems Far from Thermal Equilibrium Dynamic Systems: Exploring the Paradigms of Change Dynamische Systeem Groep: 19-11-2004 In slechts een paar bladzijden worden heel veel nieuwe termen geïntroduceerd: Compression of degrees of freedom, Low-dimensional dynamics, Deterministic chaos, Free energy (vergelijk Zero-point energy), energy “boost”, high entropy energy, high-negative entropy energy, entropic equilibrium, thermal symmetry, near-thermodynamic equilibrium, thermodynamic equilibrium, far-from-thermodynamic equilibrium, dissipative structures, dissipative dynamics, “attractor” state.

8 Principles of Dynamic Systems: Complexity and Systems Far from Thermal Equilibrium Dynamic Systems: Exploring the Paradigms of Change Dynamische Systeem Groep: 19-11-2004 Om deze entropische woordenbrij zichzelf te laten organiseren heb ik energie gestoken in een poging de wetten van de thermodynamica beter te begrijpen (er kwam heel wat warmte bij vrij): De eerste wet: De totale kwantiteit van energie in een gesloten systeem blijft altijd gelijk. (Wet van behoud van energie) De tweede wet: De kwaliteit van deze energie degradeert onomkeerbaar. (Wet van de entropie) De derde wet: Naarmate het thermisch equilibrium wordt benaderd zullen alle processen langzamer gaan verlopen. (Wet van de asymptotische deceleratie)

9 Principles of Dynamic Systems: Complexity and Systems Far from Thermal Equilibrium Dynamic Systems: Exploring the Paradigms of Change Dynamische Systeem Groep: 19-11-2004 Uit de eerste wet volgt dat alle vormen van energie in feite hetzelfde zijn en in elkaar over kunnen gaan: Electrische energie kan bijvoorbeeld volledig worden omgezet in warmte (Sinds Einstein weten we dat ook materie energie is, E=mc 2 ) De tweede wet zegt dat er een soort hiërarchie is in de energie-wereld (tsja, dat zal wel door de marktwerking komen..;): Bij omzetting van warmte naar electriciteit verlies je energie aan de omgeving. De energie gaat niet echt ‘verloren’, warmte is immers kinetische energie (wet 1 geldt dus nog), maar je kunt die energie niet meer ‘gebruiken’. (blz. 53 1 ste alinea …loss of the ability to do work). Het resultaat is dat je altijd extra energie in een systeem moet stoppen om te voorkomen dat de energie in het systeem langzaam wegvloeit als onbruikbare warmte. Voorbeeld: Met de warmte die een electrische kookplaat genereert kun je niet de plaat zelf van electriciteit voorzien. Het verschijnsel van de immer afnemende kwaliteit van energie en de daarmee toenemde disorde 1, wordt entropie genoemd (Grieks: entrope = verandering). Warmte wordt ook wel omschreven als energie in disorde, dat is energie die je niet kunt gebruiken om arbeid (work) te verrichten. Dit staat tegenover ge-ordende, potentiële energie. 1 Ik gebruik hier disorde, ‘disorder’ ipv chaos, om aan te duiden dat het gaat om de afwezigheid van structuur/orde en niet om de mathematische term chaos.

10 Principles of Dynamic Systems: Complexity and Systems Far from Thermal Equilibrium Dynamic Systems: Exploring the Paradigms of Change Dynamische Systeem Groep: 19-11-2004 Dus een systeem kan alleen entropie tegengaan wanneer er constant energie aan toe wordt gevoegd. Gebeurt dat niet, dan zal een thermodynamisch of entropisch evenwicht ontstaan. Je zou dit streven naar thermodynamisch evenwicht kunnen beschrijven als een “attractor” staat: Een stabiele toestand waarin het systeem altijd terecht komt, ongeacht de begintoestand (initiële condities). Biologische systemen worden in deze context wel dissipatieve systemen genoemd omdat zij bronnen van potentiële energie aan de omgeving onttrekken om hun complexiteit in stand te houden en deze energie weer in de omgeving verspreiden als energie in disorde. (You are what you eat, eat well!).

11 Principles of Dynamic Systems: Complexity and Systems Far from Thermal Equilibrium Dynamic Systems: Exploring the Paradigms of Change Dynamische Systeem Groep: 19-11-2004 Meer over Attractor staat en Thermisch Equilibrium: Er is een wiskundige relatie tussen waarschijnlijkheid en disorde. Deze twee termen zijn in de volgende definities danook doorelkaar te gebruiken: “Een gesloten systeem, dat ongemoeid gelaten blijft, neigt naar een staat van maximale disorde” “Een gesloten systeem, dat ongemoeid gelaten blijft, neigt naar een staat van maximale waarschijnlijkheid” - Maximale waarschijnlijkheid betekent: De energie in het systeem is uniform verdeeld (blz 53 bovenaan). Dit is gelijk aan maximale disorde, of het gebrek aan structuur, omdat de energie in het systeem zich ‘overal’ bevindt. Het entropisch equilibrium wordt een “attractor” staat genoemd: Het is de meest waarschijnlijke staat van het systeem. Om een systeem uit die staat te krijgen moet je energie toevoegen. Als je dat niet doet, zal het in die staat blijven / terugkeren.

12 Principles of Dynamic Systems: Complexity and Systems Far from Thermal Equilibrium Dynamic Systems: Exploring the Paradigms of Change Dynamische Systeem Groep: 19-11-2004 Vragen: Op blz. 53 tweede alinea bovenaan staat: Far-from-equilibrium conditions can be maintained only by a continuous flow of free energy and matter into and out of the system. – Waarschijnlijk wordt met free energy bedoeld potentiële energie? – En ineens wordt er ook materie bijgehaald? Blz. 53 tweede alinea onderaan staat: they [systemen die zich in een staat ver-van- thermodynamisch evenwicht bevinden] maintain equilibrium by drawing energy from a source of high-energy potential, doing work, and dissipating some of this energy, in turn, back to the environment. – Nu wordt de staat “far-from-thermodynamic-equilibrium” een equilibrium genoemd... hoe zit dat?

13 Principles of Dynamic Systems: Complexity and Systems Far from Thermal Equilibrium Dynamic Systems: Exploring the Paradigms of Change Dynamische Systeem Groep: 19-11-2004 Vragen De laatste alinea blz. 54: Een mooi stukje, maar er worden weer nogal belangrijke termen tussendoor gegooid zonder ze uit te leggen: A thermodynamic universe symmetrical in time and space + Symmetry breaking. Waarom hebben we niet zo’n universum? Je zou kunnen lezen dat het komt door complexe energie verspillende systemen. Ik dacht dat men daar nog niet uit was (P- violations, inflatie theorie, etc.) Continual flux of energy and matter Wat wordt hier nu in het licht van het voorgaande over thermodynamica mee bedoeld? Wellspring for new forms Wat voor een vormen? Of gewoon: vormen? Tot slot van dit gedeelte: Wat zou eigenlijk het belang van de derde wet van de thermodynamica zijn voor dynamische systemen? En waarom noemen ze die niet?