4.18 Закономерности саморегуляции. Принципы универсального эволюционизма

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 системы – 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 биосфера 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