8. Синергетический подход и его значение в современном научном познании. Самоорганизация систем.

Синергетика прокладывает путь к построению единой теории самоорганизации в сложных системах – физических, химических, биологических… Синергетика исследует совместное действие многих элементов систем и выделяет принципы, которые управляют самоорганизацией, а потому кооперируют действие многих научных дисциплин, что необходимо усвоить будущим специалистам в разных областях их деятельности. Синергетический подход направлен против механистической абсолютизации обратимости, позволяет понять процессы усложнения и развития материи, обеспечивающие переход к более высоким формам организации, единым образом описать процессы в неживой и живой природе, в отдельном организме, в обществе.

Материя способна осуществлять работу и против термодинамического равновесия, самоорганизовываться и самоусложняться.

Синергетика претендует на открытие некоего универсального механизма, при помощи которого осуществляется самоорганизация как в живой, так и неживой природе. Под самоорганизацией при этом понимается спонтанный переход открытой неравновесной системы от менее сложных и упорядоченных форм организации к более сложным и упорядоченным. Объектом синергетики могут быть не любые системы, а только те, которые отвечают как минимум двум условиям:

- системы должны быть открытыми, т.е. обмениваться веществом или энергией с внешней средой;

- системы должны быть существенно неравновесными, или находиться в состоянии, далеком от термодинамического равновесия.

Cамоорганизующаяся система не может быть замкнутой. Одним из условий самоорганизации является как раз открытость системы, то обстоятельство, что она обменивается со средой энергией или веществом. Самоорганизация может быть двух типов —в первом случае в системе не появляется качественно новых элементов, и весь процесс сводится лишь к перекомбинации элементов или к изменению их количества. Образование галактик, зарождение атмосферных вихрей, образование структур в химических реакторах — все это примеры самоорганизации первого типа. Ко второму можно отнести такие процессы, как образование макромолекул при химической эволюции, образование видов в эволюции биологической, возникновение клеток живой ткани и т.п. То есть второй тип самоорганизации наблюдается преимущественно в живых системах.

9. Энтропия и энергия. Энергетическое состояние термодинамической системы. Физический смысл энтропии.

Среди термодинамических функций, характеризующих энергетическое состояние биологического объекта, важное место принадлежит энтропии. Клаузиусом в 1865 г. введено понятие «энтропия» в качестве меры отклонения реального процесса от идеального.

Энтропия замкнутой системы, т.е. системы, которая не обменивается с окружением ни энергией ни веществом, постоянно возрастает.

Энтропия это отношение количества тепла к температуре: S = Q/T.

При обратимых процессах измерение энтропии равно нулю, а при необратимых оно положительно. Существование энтропии было доказано для обратимых процессов и выражало второе начало термодинамики в наиболее общей форме.

Особенностью биосистем является то, что в них практически нет обратимых процессов. Все процессы, которые в них протекают, носят необратимый характер, то есть сопровождаются увеличением энтропии. Термодинамические законы, основанные на опыте, говорят, что энергия превращается из одной формы в другую так, чтобы энтропия возрастала. Все виды энергии удобно классифицировать в порядке возрастания их ценности. Высший класс присвоить тем из них, которые способны превращаться в большее число форм энергии, т.е. им присущи минимальные энтропия и хаос. Низший класс остается теплу, энергетические превращения которого ограничены принципом Карно. Самопроизвольные превращения энергии, сопровождающиеся ее деградацией и ростом энтропии, представляют собой последовательные преобразования от высших форм к низшим. Химическая энергия занимает средний класс. Самопроизвольно протекают такие процессы в которых ценность энергии уменьшается. При уменьшении ценностей энергии происходит возрастание энтропии, т.е. энтропия – физическая величина, которая характеризует ценность энергии. При деградации энергии теряется способность совершения работы, т.е. если энергия – это мера способности совершать работу, то энтропия – это мера того, насколько эта способность совершать работу оказывается утраченной.

В живых организмах не наблюдается рост энтропии с течением времени. Это объясняется тем, что живые организмы постоянно потребляют энергию из окружающей среды. Именно этот подвод энергии из внешней среды вместе с пищей поддерживает жизненные процессы, тем самым понижая энтропию.