Министерство образования

Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЕ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Кафедра автоматизированных систем управления (АСУ)

ОТЧЕТ

По контрольной работе №3

по дисциплине «Концепции современного естествознания»

Вариант 0614

студента xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

из г.nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn

2008

1. Как ведут себя макросистемы вдали от равновесия? Поясните принцип локального равновесия.

Видя во Вселенной открытую систему, синергетика признает движущими силами ее эволюции случайность, неустойчивость и необратимость. «И благодаря синергетике, мы с вами оказались в неустойчивом мире, а наша Вселенная – вдали от точки устойчивого равновесия».

Однако, по мнению Е.Д.Ушаковской, в природе наблюдается обратное. Всё обладает определенным консерватизмом, памятью прошлого, стремлением сохранить однажды достигнутое устойчивое состояние. Это обеспечивается в косной природе известными законами сохранения (массы, энергии, импульса), инерции, упругих деформаций (тело стремится вернуться в прежнюю форму) и др. Наиболее же сильно консерватизм проявляет себя в биологических системах, где всё стремится к сохранению себя, своего существования, - будь то отдельная особь или вид, популяция.

Всё говорит об устойчивом характере структур и процессов во Вселенной. «Наша Вселенная слишком сложна, чтобы быть неустойчивой, - делает вывод Е.Д.Ушаковская. – Более того, … чем сложнее структура, чем выше уровень ее организации, тем более значительную роль должны играть стабилизирующие силы. И всё это в полной мере справедливо для нашей Вселенной». И далее: «Именно отсутствием в социуме в должной мере таких стабилизирующих факторов можно объяснить огромное количество техногенных и экологических катастроф».

А ведь синергетика, как известно, в эволюционном процессе отводит случайности ведущую роль, она «есть творческое конструктивное начало». Однако, отвергая детерминистские законы физики, сами создатели синергетики не во всем остаются последовательными. Так, И.Пригожин, заявляя, что «детерминизм – это карикатура на эволюцию», тут же признает, что «в промежутке между бифуркациями главенствует детерминистическое описание» и что «роль детерминизма в микроскопической физике подлежит переоценке».

«Можно привести множество примеров процессов и явлений, которые на первый взгляд, кажутся случайными, но, при более глубоком рассмотрении всех воздействующих на них факторов, являют свою детерминистскую природу. Поэтому случайные процессы являются в большинстве своем “условно случайными”, в силу незнания их природы в каждом конкретном случае».

Равновесие может быть локальным и глобальным. Глобальное равновесие означает нахождение всех элементов системы в наиболее вероятном состоянии. Локальное равновесие относится к окрестности некоторого элемента системы, состояние которого зависит от времени и состояния окружающих его элементов и рассматривается в физической кинетике.

В общем случае можно сказать, что равновесным считается наиболее вероятное состояние системы, которое она спонтанно (самопроизвольно) достигает со временем в результате многочисленных актов взаимодействия её элементов между собой и с внешним окружением системы. При этом реальное состояние элементов системы отличается от наиболее вероятного (среднего по времени или объему) на некоторую величину, характеризуемую дисперсией, с некоторой вероятностью (достоверностью).

Если процессы, возмущающие равновесие, менее интенсивны, чем процессы, которые формируют равновесие, то можно говорить с определенной степенью точности о локальном равновесии, то есть о равновесии в физически бесконечно малом объеме. Точность такого утверждения будет тем выше, чем меньше отношение скорости изменения состояния за счет внешних условий к скорости восстановления равновесия за счет внутренних релаксационных процессов.

Подчеркнем, что существование локального равновесия еще не означает малости отклонения всей системы от равновесия. Представим себе газ, заключенный между двумя плоскостями, одна из которых поддерживается при температуре 0?С, а другая - при 100?С. Ясно, что эта система с конечным отклонением от равновесия, однако процесс теплопроводности настолько медленный, что в каждом физически бесконечно малом объеме столкновения практически успевают восстановить локальное равновесие.

Идея о локальном термодинамическом равновесии была впервые высказана И. Пригожиным и оказалась очень плодотворной в термодинамике необратимых процессов. Это в первую очередь определяется тем, что для неравновесных состояний можно ввести функции состояния, например энтропию, которые будут зависеть от тех же переменных, от которых они зависят, когда система находится в состоянии равновесия. Это значит, что второе начало термодинамики в форме соотношения Гиббса справедливо и для неравновесных состояний, когда термодинамические функции являются функциями координат и времени.

Обосновать применимость уравнения Гиббса к неравновесным системам в рамках термодинамики необратимых процессов нельзя. Поэтому принцип локального равновесия является постулатом. Справедливость этой гипотезы в рамках феноменологического подхода можно оправдать только совпадением результатов теории с экспериментальными данными. Статистическое рассмотрение позволяет получить условия применимости соотношения Гиббса, но только в частном случае разреженного газа. Соотношение Гиббса для разреженного газа справедливо с точностью до членов первого порядка по параметру, равному отношению скорости внешнего воздействия к скорости установления равновесия, и для моментов времени, больших среднего времени свободного пробега.

Таким образом, принцип локального равновесия ограничивает класс систем, доступных термодинамическому рассмотрению. Однако это ограничение наименее сильное из всех условий, накладываемых остальными постулатами неравновесной термодинамики.