Читайте также:
|
|
Синергетика:
- область научных исследований коллективного поведения частей сложных систем, связанных с неустойчивостями и касающихся процессов самоорганизаций.
- является теорией самоорганизации в природных и социальных системах.
- междисциплинарная универсальная теория самоорганизации процессов самой разной природы. Возникла на стыке физики, биологии и других наук.
Самоорганизация:
- спонтанный переход от неупорядоченного состояния к упорядоченному за счет совместного, кооперативного действия многих подсистем.
- необратимый процесс спонтанного возникновения порядка и организации из хаоса и беспорядка в открытых неравновесных системах.
- при самоорганизации энтропия системы уменьшается за счет обмена энергией и веществом с окружающей средой.
Объектами исследования синергетики могут быть системы, которые удовлетворяют следующим необходимым условиям, т.е. системы должны быть:
- открытыми
- нелинейными
- диссипативными
- неравновесными
Нелинейные системы – это системы, для которых даже малые изменения в исходном состоянии приводят к быстронарастающему отклонению ее от исходного состояния. В этом проявляется неустойчивость системы.
Диссипативные систем ы – способные рассеивать (перераспределять) энергию. К диссипативным системам относится любой живой организм.
Неравновесные системы – системы в которых присутствуют неоднородность в пространстве того или иного макропараметра (например, наличие в системе перепадов температур, давления, концентрации химических веществ и др.) Признаками неравновесности системы является перетекание в ней потоков веществ, энергии и др.
Большинство реально существующих систем – это открытые неравновесные системы.
Процесс самоорганизации характеризуется переходом системы из одного состояния в принципиально новые более упорядоченные состояния. Для возникновения упорядочения в системах необходим приток энергии и ее диссипация в системе. За счет энергии поступившей извне возникает некая обобщенная движущая сила (например, перепад давления, перепад концентраций вещества и т.п.) Под действием этой силы система из равновесного или слаборавновесного состояния постепенно переходит к неравновесному состоянию, система становится нелинейной и возникшие флуктуации начинают играть все более заметную роль. В конце концов, наступает момент времени – точка бифуркации, когда система становится перед выбором одного из нескольких принципиально возможных состояний. Этот выбор возможных состояний носит непрогнозированный вероятностный характер.
После осуществления выбора, система становится более упорядоченной, по сравнению с исходной, а ее поведение прогнозируемой. Если движущая сила будет увеличиваться, то система может придти к новой точке бифуркации и т.д.
Точка бифуркации (точка ветвления) – критическое состояние системы, при котором она становится неустойчивой относительно флуктуаций и возникает неопределенность: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый более высокий уровень упорядоченности.
В масштабе Вселенной самоорганизация проявляется в эволюции космологических сильно неравновесных систем. Процессы самоорганизации имеют место и при формировании геологического облика Земли (геологическая эволюция).
Живой организм, биологический вид, популяция, экосистема и био сфера представляют собой открытые системы, далекие от равновесия, которые характеризуются определенной упорядоченностью.
К процессам самоорганизации относятся:
- кооперативное поведение насекомых
- эффекты самодостраивания (регенерация живых тканей)
- интуиция в процессе мышления
- вся жизнь на Земле, а также ее возникновение.
Примерами самоорганизации могут служить:
- ячейки Бенара: возникновение упорядоченности в виде конвективных ячеек в форме цилиндрических валов или правильных шестигранных структур в слое вязкой жидкости с вертикальным градиентом температуры, т.е. равномерно подогреваемых снизу.
- реакция Белоусова-Жаботинского – класс химических реакций, протекающих в колебательном режиме, при котором некоторые параметры реакции (цвет, концентрация компонентов, температура и др.) изменяются периодически, образуя сложную пространственно-временную структуру реакционной среды.
- лазер (переход лазера в режим генерации): при накачке энергии лазер работает как обычная лампа, причем микроскопические ячейки, подобно антеннам, излучают свет независимо друг от друга. При определенном значении энергии антенны начинают работать самостоятельно в одной фазе, что приводит к мощному излучению. Таким образом, происходит скачкообразный переход к новому качественному состоянию.
- возникновение кристаллов в достаточно концентрированном растворе
Пороговый характер (внезапность) явлений самоорганизации:
К закономерностям самоорганизации в любой системе относится внезапность, быстрота формирования диссипативной структуры,т.к.развитие кризисной ситуации достигается быстрым переходом диссипативной системы на новый более высокий уровень упорядоченности.
При самоорганизации происходит;
- синхронизация частей системы
- понижение энтропии системы
- повышение энтропии окружающей систему среды
Универсальный эволюционизм, его причины (положения):
- все существует в развитии
-развитие есть чередование медленных количественных и быстрых качественных изменений (бифуркаций)
- законы природы как принцип отбора допустимых состояний из всех мыслимых
- фундаментальная и неустранимая роль случайности и неопределенности
- непредсказуемость пути выхода из точки бифуркации: прошлое влияет на настоящее и будущее, но не предопределяет его
- устойчивость и надежность природных систем, как результат их постоянного обновления
- эволюция Вселенной и ее структур обусловлены ее собственными законами, действующими объективно и познаваемыми рационально
- Вселенная существует и может существовать лишь в развитии
Приведем несколько положений, следующих из вышеизложенного:
- общие закономерности самоорганизации изучают синергетика, неравновесная термодинамика
- примерами самоорганизации систем могут служить:
а) возникновение кристаллов
б) генерация лазерного излучения
в) возникновение ячеек Бенара
г) колебательные реакции Белоусова-Жаботинского
д) популяции
е) планета Земля (геологическая эволюция)
- в точке бифуркации:
а) система пребывает в критическом состоянии, переход из которого осуществляется скачком
б) неоднозначен выбор пути дальнейшего развития
- поведение системы вблизи точки бифуркации:
а) по мере приближения к точке бифуркации флуктуации в системе нарастают
б) элементы возникающие в точке бифуркации упорядоченной структуры формируются из флуктуаций, случайно возникших до точки бифуркации
- состояние, когда человек тяжело болен и имеются варианты развития: либо выздороветь либо умереть, либо болезнь примет хроническую форму – и есть точка бифуркации
- в ходе самоорганизации системы:
а) в системе происходит превращения хаоса в порядок и энтропия системы уменьшается
б) в окружающей среде системы увеличивается беспорядок и ее энтропия возрастает
Дата добавления: 2015-07-08; просмотров: 273 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
Принцип возрастания энтропии | | | Космология (мегамир) |