Самоорганизация в открытых системах
Открытие самоорганизации в простейших системах неорганической природы, прежде всего в физике и химии, имеет огромное научное и философско-мировоздаенческое значение. Оно показывает, что такие процессы могут происходить в фундаменте самого "здания материи", и тем самым проливает новый свет на взаимосвязь живой природы с неживой. С такой точки зрения возникновение жизни на Земле не кажется теперь таким редким и случайным явлением, как об этом говорили многие ученые раньше. С позиции самоорганизации становится также ясным, что весь окружающий нас мир и Вселенная представляют собой совокупность разнообразных самоорганизующихся процессов, которые служат основой любой эволюции.
Как же объясняет современная наука, и в частности, синергетика процесс самоорганизации систем?
1. Для этого система должна быть открытой, потому что закрытая, изолированная система в соответствии со вторым законом термодинамики в конечном итоге должна придти в состояние; характеризуемое максимальным беспорядком или дезорганизацией.
2. Открытая система должна находиться достаточно далеко от точки термодинамического равновесия. Если система находится в точке равновесия, то она обладает максимальной энтропией и потому неспособна к какой-либо организации: в этом положении достигается максимум ее самодезорганизации. Если же система расположена вблизи или недалеко от точки равновесия, то со временем она приблизится к ней и в конце концов придет в состояние полной дезорганизации.
|
|
|
3. Если упорядочивающим принципом для изолированных систем является эволюция в сторону увеличения их энтропии или усиления их беспорядка (принцип Больцмана), то фундаментальным принципом самоорганизации служит, напротив, возникновение и усиление порядка через флуктуации. Такие флуктуации, или случайные отклонения системы от некоторого среднего положения, в самом начале подавляются и ликвидируются системой. Однако в открытых системах благодаря усилению неравновесности эти отклонения со временем возрастают и в конце концов приводят к "расшатыванию" прежнего порядка и возникновению нового порядка.
Этот процесс обычно характеризуют как принцип образования порядка через флуктуации. Поскольку флуктуации носят случайный характер (а именно: с них начинается возникновение нового порядка и структуры), то становится ясным, что появление нового в мире всегда связано с действием случайных факторов. В этом выводе находит свое конкретное подтверждение гениальная догадка античных философов Эпикура (341-270 до н. э.) и Лукреция Кара (99-45 до н. э.), требовавших допущения случайности для объяснения появления нового в развитии мира.
|
|
|
4. В отличие от принципа отрицательной обратной связи, на котором основывается управление и сохранение динамического равновесия систем, возникновение самоорганизации опирается на диаметрально противоположный принцип - положительную обратную связь. Функционирование различных технических регуляторов и автоматов основывается на принципе отрицательной связи, т.е. получении обратных сигналов от исполнительных органов относительно положения системы и последующей корректировки этого положения управляющими устройствами. Для понимания самоорганизации следует обратиться к принципу положительной обратной связи, согласно которому изменения, появляющиеся в системе, не устраняются, а напротив, накапливаются и усиливаются, что и приводит в конце концов к возникновению нового порядка и структуры.
5. Процессы самоорганизации, как и переходы от одних структур к другим, сопровождаются нарушением симметрии. Мы уже видели, что при описании необратимых процессов пришлось отказаться от симметрии времени, характерной для обратимых процессов в механике. Процессы самоорганизации, связанные с необратимыми изменениями, приводят к разрушению старых и возникновению новых структур.
|
|
|
6. Самоорганизация может начаться лишь в системах, обладающих достаточным количеством взаимодействующих между собой элементов и, следовательно, имеющих некоторые критические размеры. В противном случае эффекты от синергетического взаимодействия будут недостаточны для появления кооперативного (коллективного) поведения элементов системы и тем самым возникновения самоорганизации.
Мы перечислили необходимые, но далеко недостаточные условия для возникновения самоорганизации в различных системах природы. Даже в химических самоорганизующихся системах, которые изучали Белоусов и Жаботинский, в "игру" вступают такие новые факторы, как процессы катализа, которые ускоряют химические реакции. Поэтому можно сделать вывод, что чем выше мы поднимаемся по эволюционной лестнице развития систем, тем более сложными и многочисленными оказываются факторы, которые играют роль в самоорганизации.
| Основные понятия и термины | |
| Вещество | Время |
| Закрытая система | Информация |
| Дезорганизация | Организация |
| Информация | Открытая система |
| Неравновесность | Термодинамика |
| Энергия | Энтропия |
|
|
|
Литература
Основная:
Фейнмановские лекции по физике. Вып. 4. Кинетика. Теплота. Звук. -. М.: Мир, 1967. - С.99-123.
Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. - М.: Прогресс, 1986. - С. 153-200.
Дополнительная:
Фейнман Р. Характер физических законов. - М.: Мир, 1968.
Самоорганизация: кооперативные процессы в природе и обществе. 4.1. М., 1990
Подумайте и ответьте
Какие процессы называются обратимыми?
Когда вошло понятие времени в физику и как оно истолковывалось в классической термодинамике?
Что выражает первый закон термодинамики?
Дайте простую формулировку второго закона термодинамики.
Как можно сформулировать этот же закон с помощью понятия энтропии?
Что характеризует энтропия?
Какие системы называют закрытыми, или изолированными?
Насколько соответствует понятие закрытой системы действительности? Как происходит эволюция в закрытых системах?
Что называют точкой термодинамического равновесия?
Может ли Вселенная придти в состояние "тепловой смерти"?
Кто впервые выдвинул идею "тепловой смерти" Вселенной и в чем ее несостоятельность по современным представлениям?
Какие системы называются открытыми?
Как происходит самоорганизация в открытых системах?
Какие условия необходимы для того, чтобы самоорганизация началась в простейших системах неорганической природы?
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 390; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!