Учебно-метод пособие КСЕ стац гум

КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ

В развитии открытых неравновесных систем любого уровня сложности различают два этапа: эволюционный и скачок, выводящий систему из кризис-

ного состояния в качественно новое, устойчивое, с более высоким уровнем упорядоченности.

Эволюционные этапы описываются линейными уравнениями и весьма жестко детерминированы. Поведение системы предсказуемо и управляемо, ес-

ли имеются необходимые средства.

В критических точках (точках бифуркации) господствует случайность.

Состояние системы на этом этапе описывается нелинейными уравнениями. В

таких точках нельзя предугадать новое устойчивое состояние, в которое сис-

тема перейдет в ходе скачка. А следующий эволюционный этап стартует именно от случайного перехода системы на новый уровень. Точка бифурка-

ции образно предстает в виде перекрестка с несколькими ответвлениями пути,

и на нем выбор пути означает выбор судьбы.

КОНЦЕПЦИЯ САМООРГАНИЗАЦИИ И ТЕРМОДИНАМИКА

Термодинамика возникла из обобщения многочисленных фактов, опи-

сывающих явления передачи, распространения и превращения тепла. Самым очевидным является тот факт, что распространение тепла представляет собой необратимый процесс.

Первый закон термодинамики – это закон сохранения энергии.

Второй закон термодинамики: невозможно осуществить процесс, единствен-

ным результатом которого было бы превращение тепла в работу при посто-

янной температуре. В наиболее простой форме этот закон можно сформулиро-

вать в следующей форме: тепло не может перетечь самопроизвольно от хо-

лодного тела к горячему.

Немецкий физик Р. Клаузиус ввел понятие энтропии, а австрийский физик Л.Больцман интерпретировал его как изменение порядка в системе. Ко-

гда энтропия системы возрастает, то соответственно усиливается беспорядок в

86

системе.

С использованием понятия энтропии второй закон термодинамики фор-

мулируется следующим образом: энтропия замкнутой системы, то есть системы, которая не обменивается с окружением ни энергией, ни веществом,

постоянно возрастает. Такие системы эволюционируют в сторону увеличе-

ния в них беспорядка, пока не достигнут точки термодинамического равнове-

сия.

Такое понятие об эволюции системы отличается от понятия эволюции,

которое лежало в основе теории Ч.Дарвина. Дарвинская эволюция направлена на выживание более совершенных организмов и усложнение их организации.

В термодинамике эволюция связывалась с дезорганизацией. Это противоречие оставалось неразрешимым до 60-х годов двадцатого века, когда появилась не-

равновесная термодинамика, которая опирается на концепцию необратимых процессов.

Кроме того, имелось и второе противоречие. Классическая термодина-

мика оказалась неспособной решить и космологические проблемы. Р. Клаузи-

ус распространил законы термодинамики и на Вселенную: энергия Вселенной всегда постоянна; энтропия Вселенной всегда возрастает. Следовательно, все процессы направлены в сторону достижения состояния термодинамического равновесия, а значит, тепловая смерть Вселенной неизбежна.

Только в 60-е годы двадцатого века стало ясно, что закрытые системы – не более чем идеализация, а все реальные системы являются открытыми, то есть обмениваются с окружением веществом, энергией, информацией.

В открытых системах также производится энтропия, т.к. в них происхо-

дят необратимые процессы, но энтропия в этих системах не накапливается, а

выводится в окружающую среду. Таким образом, открытые системы живут за счет заимствования порядка из внешней среды. Отработанная энергия рассеи-

вается в окружающей среде и взамен ее из среды извлекается новая, свежая энергия.

Материальные структуры, способные рассеивать энергию, называются

87

диссипативными. С поступлением новой энергии или вещества неравновес-

ность системы возрастает. Прежняя взаимосвязь между элементами системы,

которая определяет ее структуру, разрушается, между элементами системы возникают новые связи, которые приводят к кооперативным процессам, то есть к коллективному поведению ее элементов. Наглядной иллюстрацией про-

цессов самоорганизации может служить работа лазера, с помощью которого можно получать мощное оптическое излучение. Хаотические колебательные движения его частиц благодаря поступлению энергии извне, при достаточной его «накачке», приводятся в согласованное движение, которое и обеспечивает мощность лазерного излучения.

Герман Хакен, изучая процессы самоорганизации в лазере, назвал новое направление исследований синергетикой. Самоорганизация в химических ре-

акциях исследовалась Белоусовым и Жаботинским. Бельгийский ученый Илья Пригожин создал теоретическую модель самоорганизующихся систем, кото-

рой дал название «брюсселятор».

Открытие самоорганизации в простейших системах неорганической природы имеет огромное научное и философское значение. Оно показывает,

что такие процессы могут происходить в фундаменте самого «здания мате-

рии», то есть способность к самоорганизации является фундаментальным свойством материи.

НЕОБХОДИМЫЕ УСЛОВИЯ ДЛЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ САМООРГА-

НИЗАЦИИ В СИСТЕМЕ

Система должна быть открытой. Открытая система должна находиться достаточно далеко от точки термодинамического равновесия.

Фундаментальным принципом самоорганизации служит возникновение и усиление порядка через флуктуации. Такие флуктуации в самом начале по-

давляются и ликвидируются системой. Но в открытых системах благодаря усилению неравновесности эти отклонения со временем возрастают и приво-

дят к расшатыванию прежнего порядка и возникновению нового порядка.

Возникновение самоорганизации опирается на положительные обратные

88

связи, благодаря которым изменения, появляющиеся в системе, не устраняют-

ся, а накапливаются и усиливаются. Это приводит к возникновению нового порядка и структуры.

Самоорганизация может начаться лишь в системах, обладающих доста-

точным количеством взаимодействующих между собой элементов. Иначе эф-

фекты от синергетических взаимодействий будут недостаточны для появления кооперативного поведения элементов системы. Это необходимые, но далеко недостаточные условия для возникновения самоорганизации. Чем выше мы поднимаемся по эволюционной лестнице развития, тем более сложными и многочисленными оказываются факторы, которые играют роль в самооргани-

зации.

АНТРОПНЫЙ ПРИНЦИП КОСМОЛОГИИ

Существуют фундаментальные универсальные постоянные, к числу ко-

торых относятся, например, гравитационная постоянная, постоянная Планка,

скорость света, постоянные сильного и слабого взаимодействий и др.. Выяс-

нилось, что свойства материи Вселенной и ее организация зависят от мировых фундаментальных констант. Например:

только при существующем значении постоянной слабого взаимодейст-

вия нейтрино способны вызывать взрыв сверхновой и разбросать ее оболочку в пространство;

если бы значение постоянной сильного взаимодействия было несколько меньше существующего, не мог бы образовываться дейтерий; если бы было несколько больше – расход водорода осуществлялся бы катастро-

фически быстро, следовательно, звезды эволюционировали бы в 1018 раз быстрее, а значит, живая материя не могла бы возникнуть;

число протонов, находящихся в радиусе Хаббла, N= 1080. Этим числом определяется плотность вещества, от которой зависит геометрия Все-

ленной и ее судьба. Если бы N=1086, расширение Вселенной длилось бы только 108 лет, и тогда Вселенная коллапсировала бы; если бы N=1077 –

89

Вселенная расширялась бы более быстрыми темпами, что затруднило бы

образование галактик;

гравитационная постоянная очень мала. Если бы ее значение было больше, то все звезды были бы голубыми гигантами, возле которых жизнь не возможна, Вселенная была бы неустойчива к гравитационному коллапсу, следовательно, сейчас уже не существовала бы.

Следовательно, так как все фундаментальные константы возникли на

ранних этапах развития Вселенной, когда объектов во Вселенной не сущест-

вовало, то есть основания утверждать, что универсальные постоянные предо-

пределяют структуру Вселенной.

Возникает вопрос: откуда взялись все эти мировые константы?

Кроме того, мировые константы очень тонко подстроены друг под друга и оказывают влияние на структуру и свойства Вселенной в разных сочетаниях и все вместе как согласованный ансамбль. Даже если допустить, что некоторая константа возникла случайно, то для ансамбля констант это исключено, так как согласованное и устойчивое множество фундаментальных величин не есть случайность.

Итак, если наблюдаемая Вселенная предопределяется согласованным набором фундаментальных величин, то откуда взялся этот гармоничный ан-

самбль универсальных величин? Физически объяснить это пока не смогли.

Однако была подмечена удивительная особенность, связанная с совпа-

дением больших чисел. Число 1040 – им можно выразить все фундаментальные величины и их соотношения. Одно из таких соотношений выражает совре-

менный возраст Вселенной в ядерных единицах. Это настоящее время, то есть время существования во Вселенной (на Земле) разумного существа. Следова-

тельно, значения всех остальных величин численно равны возрасту Вселен-

ной, когда в ней возникли и существуют разумные существа (или их можно выразить через него).

Это означает, что все остальные универсальные величины и их отноше-

ния неуклонно и длительно действовали и определяли эволюцию Вселенной в

90

таком направлении, которое должно было привести (и привело) к возникно-

вению разумных существ.

В разработку антропного принципа внесли вклад А. Эддингтон, Р. Дик-

ке, Б. Картер, П. Дирак и другие ученые.

В формулировке Б. Картера антропный принцип выглядит так: «Вселен-

ная (и, следовательно, фундаментальные параметры, от которых она за-

висит) должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателя».

91

ТЕСТЫ ДЛЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ

1. Форма общественного сознания, ориентированная на получение и сис-

тематизацию знаний об объективной реальности

1.философия

2.этика

3.наука

4.религия

5.эстетика

2. Понятие концепции включает в себя

1.точные расчеты, конкретные детали

2.наглядные модели

3.результаты опытов

4.общие принципы исследования и объяснения

5.теоретические законы

3. Научная картина мира, в которой доминирует геоцентризм, характерна

для периода

1.античного

2.средневекового

3.классического

4.неклассического

5.постнеклассического

4. Научная картина мира, в которой доминирует гелиоцентризм, харак-

терна для периода

1.античного

2.средневекового

3.классического

4.неклассического

5.постнеклассического

92

1.покоится на трех китах

2.медленно движется к центру Галактики

3.неподвижна и находится в центре мира

4.вращается вокруг Солнца

9.Какими законами описывается движение планет Солнечной системы?

10.Укажите название закона: «Орбита каждой планеты есть эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце»

1.Закон всемирного тяготения

2.Закон Доплера

3.Первый закон Кеплера

93

4.Второй закон Кеплера

5.Третий закон Кеплера

11. Укажите название закона: «Радиус-вектор планет за равные промежутки времени описывает равные площади»

1.Закон всемирного тяготения

2.Закон Доплера

3.Первый закон Кеплера

4.Второй закон Кеплера

5.Третий закон Кеплера

12. Укажите название закона: «Квадраты периодов обращения двух пла-

нет относятся как кубы больших полуосей их орбит»

1.Закон всемирного тяготения

2.Закон Доплера

3.Первый закон Кеплера

4.Второй закон Кеплера

5.Третий закон Кеплера

13. Отличительные признаки классического естествознания

1.опора на эксперимент

2.требование точных математических расчетов

3.идеал достоверного, абсолютного знания, свободного от субъективного от-

печатка

4.материя как вещество

5.все перечисленные особенности

14. Отличительные черты неклассического естествознания

1.эволюционный подход к описанию природы;

2.относительность к средствам наблюдения;

3.вероятностные принципы описания;

4.неэлиминируемость субъекта на всех стадиях исследования;

5.все перечисленные особенности.

15. Кризис естествознания в начале двадцатого столетия наступил вслед-

94