
تئوری دستگاههای پويا (dynamical systems theory) شاخهای از رياضيات است كه با دستگاههايی كه حركتشان بر اساس قوانين سادهای هستند در رابطه میباشد. اين تئوری برای اولين بار در قرن هفدهم ميلادی توسط نيوتن زمانی كه میخواست، حركات منظومه شمسی را بر اساس قوانين جديدش، تئوری عمومی جاذبه (theory of universal gravitation) ، مدل سازی كند، پرورش يافت.
تئوری آشوب، نوع پيشرفتهای از تئوری دستگاههای پويا میباشد كه تمام توجه خود را بر روی حركتهای بسيار پيچيده (complex motions) كه حركات آشوبناك ناميده میشوند، قرار دادهاست. توجه داشته باشيد كه اين حركات تماماً غير خطی هستند.
به عنوان يك تعريف عام میتوان گفت كه هر حركت پيچيده در تقابل با حركتهای ساده (يا بدون حركت و ساكن) و يا دارای يك حركت با دوره تناوب مشخص، يك آشوب محسوب میشوند. يكی از ويژگیهای اساسی موجودات آشوبناك آن است كه با تغييرات بسيار اندك در مقدار اوليه آنها در حركت بعدی میتواند به طور وحشتناك و غير قابل پيشبينی تغيير كنند!
شايد بهترين مثالی كه در اين رابطه بتوان زد همانا اثر بال پروانهای (the butterfly effect) باشد. بر اساس حالتهای غير خطی وضعيت آب و هوايی، جريان هوای حاصل از بال زدن يك پروانه كوچك در آمريكای مركزی میتواند در تئوری طوفان عظيمی در آمريكای شمالی ايجاد كند!
تمام تلاش رياضيدانان و فيزيكدانان پيدا كردن راههايی برای پيشبينی چنين رويدادهايی هست كه تمام جهان ما احاطه كردهاند.
(http://babakarj.blogspot.com/2005/03/blog-post_111106222489352682.html
تئوری بینظمی یا آشوب تئوری میباشد که فکر و ذهن بشر را به خود واداشته است . این تئوری که در حیطه های مختلف علوم تجربی، ریاضی، رفتاری، مدیریتی، و اجتماعی وارد شدهاست و باعث تغییر در نوع دیدگاه بشر به حل مسائل غیر قابل پیشبینی شدهاست .
انگاره اصلی و کلیدی تئوری آشوب این است که :
در هر بینظمی، نظمی نهفتهاست به این معنا که نباید نظم را تنها در یک مقیاس جستجو کرد.
پدیدهای که در مقیاس محلی، کاملاً تصادفی و غیر قابل پیشبینی به نظر میرسد چه بسا در مقیاس بزرگتر، کاملاً پایا و قابل پیشبینی باشد.
اکنون دانشمندان به نقش خلاقانه بینظمی و آشوب پی برده اند و جهان را مجموعهای از سیستمهایی میدانند که به شیوههای خود سازمانده و تصادفی عمل میکنند و این در شرایطی است این سیستمها :
از نظم به بینظمی و از بینظمی به نظم ختم میشوند. این تئوری پارادوکس گونه نظریه بینظمی است که به آن خواهیم پرداخت.
بینظمی یا آشوب Chaos ) ) چیست ؟
در لغت به معنای در هم ریختگی، آشفتگی، بینظمی است و مترادف آن در مکانیک Turbulance یا تلاطم میباشد. این واژه به معنی فقدان هرگونه ساختار یا نظم است و معمولاً در محاورات روزمره آشوب و آشفتگی نشانه بینظمی و سازمان نیافتگی، ناکارایی و در هم ریختگی به نظر آورده میگردد و جنبه منفی در بر دارد.
اما با پیرایش نگرش جدید و روشن شدن ابعاد علمی و نظری آن امروزه دیگر بینظمی و آشوب به مفهوم سازمان نیافتگی و درهم ریختگی تلقی نمیگردد. بلکه بینظمی وجود جنبههای غیر قابل پیشبینی و اتفاقی در پدیدههای پویاست که ویژگی خاص خود را داراست. بینظمی نوعی نظم غائی در بینظمی است.
هیلز در ۱۹۹۰ آشوب را اینگونه تعریف میکند: «بینظمی و آشوب نوعی بینظمی منظم یا نظم در بینظمی است بینظمی از این رو که نتایج آن غیر قابل پیشبینی است و منظم بدان جهت که از نوعی قطعیت برخوردار است». تعریف هیلز از بینظمی مصداق کلمه لاتین آن است یعنی Orderly Disorder در نظم بینظمی است و در بینظمی نوعی نظم وجود دارد که همان تعریف هیلز است.
همچنین آدامس (H.Adams) آشفتگی را اینگونه تعریف میکند: از آشفتگی زندگی زائیده میشود در حالیکه از نظم عادت به وجود میآید. بینظمی در مفهوم علمی یک مفهوم ریاضی محسوب میشود که شاید نتوان خیلی دقیق آن را تعریف کرد اما میتوان آن را نوعی اتفاقی بودن همراه با قطعیت دانست. قطعیت آن به خاطر آن است که بینظمی دلایل درونی دارد و به علت اختلالات خارجی رخ نمیدهد، اتفاقی بودن آن به دلیل آن است که رفتار بینظمی، بیقاعده و غیر قابل پیشبینی است.
ویژگیهای تئوری آشوب (بینظمی)
1. اثر پروانهای ( Butterfly Effect )
2. سازگاری پویا ( Dynamic Adaptation )
3. جاذبههای غریب Strange Attractors ))
4. خود مانایی ( Self Similarity )
اثر پروانهای
این اثر را اثر پروانهای نامگذاری کرده اند. ادوارد لورنز استاد هواشناسی دانشگاه MCI در سال 1973، نتایج محاسبات دستگاه معادلات دیفرانسیل متشکل از سه معادله دیفرانسیل غیرخطی و معین مربوط به جابهجایی حرارتی جو را منتشر و ملاحظه کرد که در محدوده معینی از عوامل معادلات، بدون مدخلیت عناصر تصادفی یا ورود اغتشاش خارجی نوع نوسانات نامنظم در پاسخ به سیستم بروز داده میشود. وی در ادامه تحقیقات خود با شگفتی به این نتیجه رسید که یک تغییر جزئی در شرایط اولیه معادلات پیشبینی کننده وضع جوی منجر به نوسانات در پاسخ سیستم و تغییرات شدید در نتایج حاصل از آنها میگردد. لورنز، این خاصیت را اثر پروانهای نام نهاد، به این معنا که یک تغییر جزئی در شرایط اولیه میتواند به نتایج وسیع و پیشبینی نشده در سیستم منجر گردد، این مسأله، سنگبنای تئوری آشوب است. زیرا، در نظریه آشوب یا بینظمی اعتقاد بر آن است که در تمامی پدیدهها، نقاطی وجود دارند که تغییر اندک در آنها باعث تغییرات عظیم خواهد شد، در این رابطه، سیستمهای اقتصادی سیاسی، اجتماعی و سازمانی، همچون سیستمهای جوی از اثر پروانهای برخوردارند، تحلیلگران باید با آگاهی از این نکته مهم، به تحلیل و تنظیم مسائل مربوط بپردازند.ادوارد نورتن لورنز هواشناس و ریاضیدان موسسه تکنولوژی ماساچوست و تئوریسن تئوریهای معروفی "بی نظمی" و "اثر پروانه ای" در سن 90 سالگی در کمبریج ماساچوست در گذشت. وی در 23 می 1917 متولد و در 16 آوریل 2008 دارفانی را وداع گفت. این دانشمند در تئوری "اثر پروانه ای" گفته است: "ضربه های بالهای پروانه ای در برزیل می توانند در تکزاس توفان به پا کنند."در این تئوری لورنز توضیح می دهد که تداوم تغییرات بی نهایت کوچکی که در اثر بال زدن پروانه ایجاد می شود نتایج ویرانگری تولید می کند.
این تئوری در خصوص پدیده هایی چون تغییرات آب و هوایی غیرمنتظره و حوادث و فرایندهایی که نمی توانند با استفاده از برهانها و قوانین ریاضی رایج، مثل تئوری احتمالات مدل سازی و پیش بینی شوند، توضیح می دهد.
اثر پروانهای نام پدیدهای است که به دلیل حساسیت سیستمهای اشوبناک به شرایط اولیه ایجاد میشود. این پدیده به این اشاره میکند که تغییری کوچک در یک سیستم آشوبناک چون جو سیارهی زمین (مثلاً بالزدن پروانه) میتواند باعث تغییرات شدید (وقوع توفان در کشوری دیگر) در آینده شود.
ایده اینکه پروانهای میتواند باعث تغییری آشوبی شود نخستین بار در ۱۹۵۲ در داستان کوتاهی به نام اوای تندرکار ری بردبری مطرح شد. عبارت «اثر پروانه ای» هم در ۱۹۶۱ در پی مقالهای از ادوارد لورنتس به وجود آمد. وی در صد سی و نهمین اجلاس EEESدر سال ۱۹۷۲ مقالهای با اين عنوان ارائه داد که «آيا بالزدن پروانهای در برزيل میتواند باعث ايجاد تندباد در تکزاس شود
سازگاری پویا
سیستمهای بینظم در ارتباط با محیطشان مانند موجودات زنده عمل میکنند و نوعی تطابق و سازگاری پویا بین خود و محیط پیرامونشان ایجاد میکنند.
در محيط در حال تغيير امروز، سيستمهاي بينظم در ارتباط با محيطشان همچون موجودات زنده عمل ميکنند، براي رسيدن به موفقيت همواره بايد خلاق و نوآور باشند، اما هنگامي که سيستم به تعادل سازگار نزديک ميشود، براي حفظ پويايي نياز به تغييرات اساسي دروني دارد که اين تغييرات به جاي سازگاري و تطبيق با محيط، سازگاري پويا را موجب ميگردد که نتيجه آن دگرگوني روابط پايدار بين افراد، الگوهاي رفتاري، الگوهاي کار، نگرشها و طرز تلقيها و فرهنگهاست. برخي از دانشمندان چون مورگان معتقدند: آشفتگي، سازگاريها و انطباق را درهم ميشکند که اين مسأله، در ظهور نظر نوين، گاهي بسيار ضروري است، باعث خلاقيت مستمر در سايه تخريب خلاقيت پيشين ميشود، مورگان خاصيت خودنظمي در سيستمها را تابع چهار اصل ميداند، نخست، سيستم بايد توان احساس و درک محيط و جذب اطلاعات از محيط را داشته باشد. دوم، سيستم بايد قادر به برقراري ارتباط بين اين اطلاعات و عمليات باشد. سوم و چهارم، آگاهي از انحرافات و توانايي اجراي عمليات اصلاحي را داشته باشد.
جاذبه های غریب
جاذبههاي نقطهاي و دورهاي پايههاي فيزيک نيوتني کلاسيک است که بيانگر الگوي منظم و باثبات در حرکت پديدهها و روابط آنهاست، مانند حرکت دادن يک مداد روي کاغذ حول محور خودش با شعاع يکسان، که نتيجه آن شکل دايره است که اين بيانگر جاذبه نقطهاي است. در اوايل دهه 1960 ادوارد لورنز در تحقيقات خود جاذبه ديگري را کشف کرد که توسط ديويد روتل و فلوريس تاکنس «جاذبه عجيب» ناميده شد. برخلاف ساير جاذبهها، اين جاذبه نه نقطهاي و نه دورهاي بود، بلکه رفتاري است که سيستم ارائه ميدهد، هرگز خودش را تکرار نميکرد. اين جاذبه عجيب، محصول غيرخطي بودن روابط پديدهها و تعاملپذيري آنهاست. غيرقابل پيشبيني بودن رفتار در جاذبههاي عجيب تابع دو پديده است: اولي مربوط به حساسيت نسبت به شرايط اوليه است که لورنز آن را اثر پروانهاي ناميد. دوم، همه آنچه را که ما در نظر اول بينظم و آشوبگونه ميبينيم، در درازمدت و با گذر زمان الگويي منظم و داراي نظم از خود نشان ميدهد. به سخني ديگر، تغييرات شديد، رفتارهاي نامنظم، دگرگونيها غيرقابل پيشبيني، حرکات بحراني و همه در ذرات خود داراي نظمي نهفته
این جاذبهها نوعی بینظمی در خود دارند که اگر با دقت به آنها بنگریم و نوع دیدگاهمان را نسبت به آنها عوض کنیم. به نظم عمیق آنها پی خواهیم برد. به طور مثال تصاویر هندسی برگرفته شده از قوم اینکا در صحرای پرو حاکی آن است که اگر از نزدیک به آنها بنگریم بینظمیها را نشان میدهند اما اگر از دور دست به آنها بنگریم تصاویر معناداری را در ذهن متبادر میسازد. این نوع جاذبهها حاوی مطالب مهمی هستند و آن اینست که در نظر اول نباید محیط پیرامون خود را آشوب ناک توصیف کنیم بلکه با تغییر دیدگاه خود میتوان این آشوب را به یک نظم تبدیل کرد.
خود مانایی
در تئوری آشوب؛ نوعی شباهت بین اجزا و کل قابل تشخیص است. بدین ترتیب که هر جزئی از الگو همانند و متشابه کل میباشد. خاصیت خود مانایی در رفتار اعضای سازمان نیز میتواند نوعی وحدت ایجاد کند؛ همه افراد به یکسو و یک جهت و هدف واحدی نظر دارند. این ویژگی ازنظریه بینظمی؛ بیشتر در فرکتالها مورد بررسی قرار میگیرد.
اولين بار، هولوگرافي در سال 1948 توسط دنيس گابور مطرح شد. مورگان در کتاب خود تحت عنوان «نگارهاي سازمان» در استعاره سازمان به مثابه مغز، ويژگيهاي هولوگرافي را بدين شرح بيان ميکند: جزء خاصيت کل را داشته و مانند آن عمل ميکند، سيستم توانايي يادگيري را دارد، سيستم داراي توانايي خودسازماندهي است، حتي اگر قسمتهايي از سيستم برداشته شود، سيستم به راحتي ميتواند به فعاليت خود ادامه دهد.
نظریه بینظمی در شاخههای مختلف ۱. اقتصاد ۲. فیزیک ۳. ریاضی ۴. پرستاری ۵. مدیریت ۶. موسیقی و...
نمونه ها :
1 – طوفان بزرگ
چندی از دانشمندان آب و هواشناسی در حال بررسی شرایط آب و هوایی در یک منطقه خاص که در آن جا آب و هوایی نسبتاً منظم و بیتغییر بود پرداختند. آنها به مدت ۲ سال مشغول بررسی آب و هوای این منطقه بودند در سال اول پدیدهای مشاهده نگردید. اما در پاییز سال دوم ناگهان شرایط آب و هوایی که دستگاه اندازهگیری آب و هوا نشان میداد به هم ریخت اما آثار این به هم ریختگی در آب و هوا مشاهده نگردید. دانشمندان بر آن شدند که این بینظمی ایجاد شده در آب و هوا و دستگاه اندازهگیری را به گونه توجیه کنند اما این امر میسر نشد. دانشمندان ۱ سال دیگر به این شرایط ادامه داده تا به موفقیت دست یافتند و آن این بود که در آن سال به علت هجوم پرندگان به دریاچهای در آن نزدیکی و پر زدن آنها در فراز این دریاچه فشاری به جو آمده که این فشار باعث آن گردیدهاست که دستگاههای اندازهگیری برخلاف آن چه دیده شده ثبت کنند. دانشمندان بر آن شدند که با استفاده از دستگاههایی نبود پرندگان در فراز این دریاچه را شبیهسازی کرده و نتایج را بررسی کنند. آنها پس از بررسی به این نتیجه رسیدند که اگر این پرندگان از آن سال به بعد به آن جا در بالای دریاچه هجوم نمیآوردند طوفانی بزرگ در آن منطقه شکل میگرفت و باعث تخریب ۱۲ هکتار از این منطقه میگردید. در حقیقت پر زدن آن پرندگان باعث میشد که شرایط شکلگیری این طوفان پیش نیاید
در واقع مهمترین اصل نظریه آشوب ایجاد گردید و آن عبارت بود از:
پروانهای در آفریقا بال میزند و باعث ایجاد گردبادی در آمریکای جنوبی میگردد .
این اصل بیان میکند که کوچکترین تغییر در این جهان باعث بینظمیهای بزرگی خواهد گردید.
2 – تولید مثل قورباغه های نر
دانشمندان این زمینه از علوم در بررسی برای انقضای قورباغهها بودند آنها تعدادی قورباغه را در فضای سربسته نگه داشت و منتظر نابودی آنها بودند که ناگاه مشاهده کردند که این قورباغهها که همگی نر بودند تولید مثل کرده و تعداد آنها بیشتر شدهاست با تحقیقات انجام شده بر روی آنها به این نتیجه رسیدند که قورباغهها در ۶ ماه اول هویت خود را داشته و در ۶ ماه بعدی جنسیت خود را عوض کردهاند تا نسل آنها همچنان باقی بماند. این آزمایشات منجر به ایجاد دومین اصل نظریه بینظمی گردید: زندگی برای بقا راه خود را خواهد یافت.
3 – مقیاس اندازه گیری و مدل فرکتالی مندلبرت
مندلبرت وقتی که بر روی تحقیی پیرامون طول سواحل انگلیس مطالعه میکرد به این نتیجه رسید که هرگاه در مقیاس بزرگ این طول اندازه گرفته شود بیشتر از زمانی است که در مقیاس کوچکتر باشد.
این بینظمی ایجاد شده باعث ایجاد شاخه ریاضی نظریه بینظمی به نام فرکتال گردید. از لحاظ واژه مندلبرت انتخاب اصلاح فرکتال (fractal) را از واژه لاتین fractus یا fractura (به معنای شکسته) گرفت تا به ماهیت قطعه قطعه شونده که یکی از مشخصههای اصلی این فرم است، تاکید داشته باشد. فرهنگستان لغت و زبان فارسی کلمه برخال را برای فرکتال تصویب کردهاست. کلمه فرکتال به معنی سنگی است که به شکل نامنظم شکسته شده باشد.
نظریه بینظمی در اقتصاد
همانطور که گفته شد بعد از پیدایش این نظریه در جهان بشری این نظریه باعث گردید که نوع دیدگاه افراد به مسائل غیر قابل حل و غیر قابل پیشبینی عوض گردیده و منجر به ارائه شیوههای جدیدی برای مطالعه جریانات بسیار پیچیده که به ظاهر تصادفی و غیر قابل پیشبینی به نظر میرسد گردد. بیشترین کاربرد آن در اقتصاد پیشبینی متغیرهای پولی و مالی و بازارهای جهانی به ویژه بازار نفت و مدلهای اقتصاد کلان جاری در کشورهای مختلف است. اینکه چگونه یک اقتصاد دان از این وضع آشوبناک استفاده کرده و به سود سرشار دست بیابد بسیار مشکل است چون همانطور که گفته شد اساس این نظریه غیر قابل پیشبینی بودن آن است اما اگر نوع دیدگاه انسان به آن عوض شود شاید باعث پیشبینی درست از وضعیت سیستم آشوبناک گردد.
نظریه بینظمی در پرستاری و موسیقی
ممکن است شما به یک موسیقی گوش داده و از آن لذت فراوانی ببرید آیا میدانید تک تک نتهای این موسیقی ممکن است از بینظمی برخوردار باشند یعنی اگر به نتها به دقت گوش دهید دیگر آن موسیقی آن چنان جذابیت نداشته باشد اما همین نتها هنگامی که کنار هم قرار میگیرند موسیقی زیبایی را پایهگذاری میکنند.
اما در مورد پرستاری! شاید برایتان این گفته خنده دار باشد اما باید حتی در مواظبت از بیماران روانی یا افرادی که مشکل روحی دارند باید روشی را در پیش گرفت که همانند ریاضیات به معادله غیر قابل حل روان آنها دست پیدا کرده و آن را حل کنیم تا این بیمار علاج یابد یعنی باید حرکات او را زیر نظر گرفته و با راه حلی آسان آشفتگیهای او را به نظم تبدیل کرده تا بیمار ما شفا پیدا کند.
نظریه بینظمی در ریاضی
همانطور که گفته شد نظریه بینظمی مفهومی ریاضی دارد. حال بر آنیم تا خلاصهای از بحث فرکتال که بیربط با تئوری بینظمی یا آشوب نیست در این جا بیاوریم. چگونگی ایجاد فرکتالها را توضیح دادیم. حال اگر بخواهیم از دید کلی به آنها بنگریم فرکتالها به ۳ دسته تقسیم میگردند. ۱- هندسه فرکتالی ۲- فرم فرکتالی ۳- حجم فرکتالی فرکتالها ویژگیها نیز دارند: ۱- خودمانایی ۲- عدم بعد صحیح ۳- در مقیاس کوچک پیچیدهاند ۴- تابع بازگشتی قبل از آن که ویژگیهای فرکتال را توضیح دهیم برای یادآوری فرکتال را تعریف میکنیم. فرکتال شکل هندسی نامنظمی است که به قسمتهای تقسیم میگردند که این اشکال همه شبیه به هم و همه نشانهای از شکل اصلی هستند مثلا درخت کاج. در درخت کاج هر یک از شاخههای آن خیلی شبیه یک درخت کاج است ولی در مقیاس بسیار کوچکتر همچنین در مورد برگ سرخس نیز چنین خاصیتی وجود دارد. یعنی هر شاخه درخت کاج در مقایسی کوچکتر نماینده درخت کاج بزرگتر میباشد. فرکتالها ممکن است در طبیعت دیده شوند یا توسط کامپیوتر درست گردند و یا توسط انسان در نقاشیها. فرکتالها از قواعد تکرار یا همان توابع بازگشتی پیچیده درست میگردند.
منبع فرعی : http://www.rasekhoon.net/Forum/ThreadShow-21737-1.aspx و اصلی از ویکی پدیا با عنوان نظریه بی نظمی و فرکتال
منبعی دیگر : http://vahid_nessaei2006.persianblog.ir/tag/%D9%BE%DB%8C%DA%86%DB%8C%D8%AF%DA%AF%DB%8C از وحید نثایی دانشجوی دکتر(و شاید دکترای) هوش مصنوعی