11. Эволюция. Синергетика

Все отрасли естествознания пронизаны принципом эволюционизма, т.е. убеждением в том, что материя, Вселенная и все ее элементы развиваются (эволюционируют). Эволюция в широком смысле слова – процесс возникновения более сложных структур из более простых. Можно выделить такие этапы эволюции, как космическая, химическая, геологическая, эволюция протоклетки, эволюция человека, общества и т.д.

Химическая эволюции или пребиотическая эволюция — первый этап эволюции жизни, в ходе которого органические, пребиотические вещества возникли из неорганических молекул.

Биологическая эволюция — естественный процесс развития живой природы, сопровождающийся: изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.

Приблизительная хронология основных этапов эволюции отражена в табл. 12.1.

Таблица 12.1

Этапы эволюции

Эволюция	Событие, послужившее началом фазы эволюции	Время лет назад	Событие, послужившее окончанием фазы	Время лет назад
Космическая	Большой взрыв	13,7 млрд.	продолжается
Химическая пребиотическая	Образование тяжелых хим.элементов с ат. массой ›26 по окончании 2го цикла звездообразования	13,5-12,5 млрд.	Возникновение живых структур	≥3,5  млрд.
Биологическая	Сложные органические вещества и биохимические реакции произошли от простых химических реакций	≥3,5  млрд.	Биол.эволюция человека прекратилась с использованием орудий труда	2-3 млн.
			Биосфера непрерывно эволюционирует

Элементарный процесс эволюции – самоорганизация. В широком смысле слова самоорганизация - тенденция развития природы от менее сложных к более сложным и упорядоченным формам организации материи. В более узком понимании самоорганизация -спонтанный переход открытой неравновесной системы от простых и неупорядоченных форм организации к более сложным и упорядоченным.

Сущность самоорганизации в открытых системах изучает синергетика. Главная идея синергетики - принципиальная возможность спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Особенностью самоорганизаци является то, что изменения происходят под влиянием внутренних факторов, действующих в системе, а не накладываются на нее извне.

Требования к самоорганизующимся системам (структурам):

1. системы должны быть неравновесными – находиться в состоянии, далеком от термодинамического равновесия;

2. открытыми - должны получать приток энергии, вещества и информации извне;

3. нелинейность внутренних процессов - возможность сверхбыстрого развития процессов в системе;

4. наличие флуктуации - любое колебание или любое периодическое изменение (неоднородность).

Неравновесная система характеризуется следующими особенностями:

• Система реагирует на внешние условия (гравитационное поле и т. п.)

• Поведение случайно и не зависит от начальных условий, но зависит от предыстории

• Приток энергии создает в системе порядок, следовательно ее энтропия S, характеризующая степень беспорядка, уменьшается.

• Наличие бифуркации — переломной точки в развитии системы

• Когерентность: система ведет себя как единое целое. Каждая молекула как бы «информирована» о состоянии системы в целом.

Неравновесная (или стационарная) открытая система называется диссипативной системой. Диссипативная система - открытая система, находящаяся вдали от термодинамического равновесия:

• Возникает в неравновесной среде при условии диссипации (рассеивания) энергии, которая поступает извне (требует для возникновения большого количества энергии)

• Диссипативная система характеризуется спонтанным появлением сложных структур ( жизнь, разум)

Точка бифуркации — критическое состояние системы, при котором система становится неустойчивой относительно флуктуаций и возникает неопределенность:

1. станет ли состояние системы хаотическим или она

2. перейдет на новый более высокий уровень упорядоченности.

Свойства точки бифуркации:

• Непредсказуемость. Обычно точка бифуркации имеет несколько веточек аттрактора (устойчивых режимов работы), по одному из которых пойдёт система. По какому? - заранее невозможно предсказать.

• Точка бифуркации носит кратковременный характер и разделяет более длительные устойчивые режимы системы

Фундаментальный принцип самоорганизации – возникновение нового порядка и усложнение систем через флуктуации (случайные отклонения) состояний их элементов и подсистем.

Процесс самоорганизации в сложных системах разных уровней:

1 - Динамически стабильные и адаптивные системы. Флуктуации обычно подавляются за счёт отрицательных обратных связей. ООО обеспечивают сохранение структуры и близкого к равновесию состояния системы.

2 - Более сложные открытые системы. Приток энергии извне и усиление неравновесности. Отклонения со временем накапливаются и вызывают эффект коллективного поведения элементов и подсистем (положительные обратные связи).

Характеристика видов обратной связи дана на диаграмм 12.1.

Д иаграмма 12.1.

Виды обратной связи

Для сложных систем в зависимости от степени сложности:

1) - либо разрушение прежней структуры,

2) - либо возникновение нового порядка.

1) Недостаточно сложные системы не способны к развитию и при получении извне чрезмерного количества энергии необратимо разрушаются. 2) Самоорганизующаяся, эволюционирующая система. Возникшие изменения не устраняются, а накапливаются и усиливаются. Возможно возникновение нового порядка и новых структур, образованных из элементов прежней, разрушенной системы

Этап самоорганизации наступает только в случае преобладания положительных обратных связей, действующих в открытой системе, над отрицательными обратными связями.

«Поддержание организации в природе не достигается …управлением из одного центра; порядок может поддерживаться только с помощью самоорганизации.» - из доклада для Европейского Совета, подготовленным Карлом Бибрахером, Грегуаром Николисом и Петером Шустером

Список литературы

1. Бондарев В.П. Концепции современного естествознания: Учебное пособие – М.:Альфа – М:ИНФА – М, 2010. – 445 с.:ил.

2. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: учебное пособие – М.: Издательство Юрайт; Высшее образование, 2010. – 335 с.

3. Концепции современного естествознания: Учебник для ВУЗов. Под ред. Проф. В.Н.Лавриненко. –М.: Юнити-дана, 2001. – 303с.

4. http://ru.wikipedia.org/wiki/Методы научного познания

5. http://ru.wikipedia.org/wiki/Научные революции

6. http://ru.wikipedia.org/wiki/Картины мира

7. http://ru.wikipedia.org/wiki/Вселенная

8. http://ru.wikipedia.org/wiki/Солнечная система

9. http://ru.wikipedia.org/wiki/Земля

10. http://ru.wikipedia.org/wiki/Эволюция

11. http://ru.wikipedia.org/wiki/Синергетика

71