Самоорганизация в природе
Под организацией следует понимать изменение структуры системы, которое обеспечивает согласованное поведение, или функционирование системы, которое определяется внешними условиями. Самоорганизацию представляют как изменение структуры, обеспечивающей согласованность поведения благодаря наличию внутренних связей и связей с внешней средой.
Самоорганизация - это естественно-научное выражение процесса самодвижения материи. Такой способностью обладают системы живой и неживой природы, а также искусственные организации.
В 70-х годах XX в. возникла синергетика как теория самоорганизации открытых диссипативных нелинейных систем. Именно таковыми, по существу, являются все живые и неживые природные и общественные системы. Понятие замкнутой (изолированной) системы и обратимых процессов является идеализацией. При изучении обратимых процессов (например, качание маятника в вакууме) невозможно говорить о направлении течения времени, так как прошлое, настоящее и будущее в этом случае ничем не отличается. Поэтому в уравнениях обратимых процессов время выступает всего лишь как параметр, знак которого можно менять. Если же присутствует трение (что и есть всегда в реальности), колебания маятника будут затухающими. В таком случае прошлое, настоящее и будущее будут уже отличаться.
В результате действия процессов в изолированных пространствах сами системы переходят в состояние равновесия, которое соответствует максимальному беспорядку – равновесный тепловой хаос. Так самоорганизация (эволюция) в случае замкнутой системы переводит ее в состояние максимального беспорядка.
|
|
|
Открытая система заимствует энергию и вещество из окружающей его среды и одновременно выводит в окружающий мир отработанное вещество и использованную энергию. Вырабатывая и заимствуя энергию, открытая система производит энтропию, но она не накапливается в ней, а выбрасывается в окружающую среду. По словам Э. Шредингера, подобная система в конечном счете извлекает порядок из окружающей среды и тем самым вносит беспорядок в эту среду. Следует заметить, что необходимым условием самоорганизации системы, является ее диссипативность, то есть без рассеяния создаваемых в системе неоднородностей новые структуры возникнуть не могут.
Диссипативность на макроуровне проявляется как хаос. На микроуровне беспорядок это не разрушающий фактор, а сила, выводящая систему на тот или иной путь структурирования.
Для пояснения сказанного приведем два примера:
1. Ячейки Х. Бенара. В сковороду наливают минеральное масло, для наглядности подмешивают мелкие алюминиевые опилки и начинают нагревать. При небольшом перепаде температур передача тепла от нижнего слоя масла к верхнему идет только за счет теплопроводности. Так и масло является типичной открытой хаотической системой. Но при некотором (критическом) перепаде температур между нижним и верхним слоями масла в нем возникают упорядоченные структуры в виде шестигранных призм (ячеек). В центре ячейки масло поднимается вверх, а по краям опускается вниз. В верхнем слое призмы оно движется от центра к ее краям, в нижнем – от краев к центру.
|
|
|
2. Работа лазера. Рабочей средой твердотельного рубинового лазера является рубиновый стержень, на торцах которого устанавливается два качественных зеркала (резонатор). С помощью мощной лампы накачки атомы рубина приходят в возбужденное состояние и начинают излучать. Их излучение является пока хаотическим, независимым друг от друга, и лазер работает как обычная лампа. Но при определенном (критическом) значении мощности накачки происходит скачкообразный переход работы лазера от хаотического излучения к самосогласованному. Коллективное излучение атомов становится упорядоченным, обладающим рядом замечательных свойств.
Сложные системы являются нелинейными. Для их описания используются специальные математические уравнения. Такие величины могут иметь несколько качественно различных решений. Физически это означает возможность различных путей эволюции системы. Переход от термодинамики равновесных состояний к термодинамике неравновесных процессов, по словам И. Пригожина, знаменует прогресс в развитии ряда областей наук.
|
|
|
Выделим основные положения самоорганизации систем:
1. Система должна быть открытой, диссипативной и находиться вдали от термодинамического равновесия.
2. Если в случае закрытых систем самоорганизация (эволюция) ведет к росту энтропии и беспорядка, то в случае открытых систем происходит возникновение и усиление порядка через флуктуации. Именно флуктуации в этом случае приводят к расшатыванию старого порядка и возникновению нового.
3. Управление процессами и сохранение динамического равновесия систем основано на принципе отрицательной обратной связи, когда на основе полученных обратных сигналов система возвращается в исходное состояние. Самоорганизация открытых систем опирается на принцип положительной обратной связи, согласно которому изменения, появляющиеся в системе, не устраняются, а наоборот накапливаются и усиливаются, что и приводит к возникновению нового порядка и структуры.
|
|
|
4. Система должна обладать достаточным количеством взаимодействующих между собой элементов и, следовательно, иметь некоторые критические размеры. В противном случае самоорганизация (коллективное поведение элементов системы) может не наступить.
Оказывается, чем выше в своем эволюционном развитии находится система, тем более сложными и многочисленными будут факторы, которые влияют на ее самоорганизацию. Если в ранее существующих теориях эволюции главное внимание обращалось на воздействие окружающей среды на систему, то теперь стало ясно, что условием развития любых многоуровневых организаций является их взаимодействие с окружающей средой. В результате этого воздействия происходит обмен веществом, энергией и информацией, что приводит в конечном итоге к спонтанному возникновению новых структур. Значит, самоорганизация является основой и источником эволюции, с нее начинается процесс возникновения качественно новых и более сложных структур в развитии системы. Кроме того, эволюция влияет на состояние и изменение тех систем, с которыми данная система взаимодействует. В связи с этим закономерно появление понятия «коэволюция».
Этот термин был предложен еще в 1964 г. учеными-экологами для обозначения взаимного приспособления видов. Поскольку все живые существа разных видов могут находиться между собой в отношениях, которые можно характеризовать либо как хищничество и паразитизм, или как конкуренцию, специалисты обратили внимание на существующие в живой природе и другие процессы. Это процесс взаимовыгодности (иначе мутуализма). Эволюция видов, образующих мутуалистические ассоциации носит название коэволюции. В настоящее время через это понятие в широком смысле часто объясняются условия сосуществования и соразвития мира природы и мира цивилизации на Земле.
Учитывая сложность возникновения разумного существа в природе, можно согласиться с сомнениями, которые выразил известный финский ученый-антрополог П. Кууси в своей книге «Этот человеческий мир». Он размышлял о том, что «Каждый шаг от космической эволюции к биологической (т.е. возникновение жизни) и от биологической к культурной (т.е. от животного к человеку) - означал открытие новых эволюционных возможностей. Эти сдвиги направляли эволюционный процесс и носили настолько драматический характер, что казались почти сверхъестественными. Так чем же они были на самом деле — чудом или результатом действия природных закономерностей?»
Идея коэволюции раскрывает определенные перспективы для понимания эволюции человека, так как традиционная модель, которую предлагал классический эволюционизм, не всегда вмещает появляющиеся новые факты и данные, соответствующие современным толкованиям.
Дата добавления: 2015-12-18; просмотров: 22; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!