- •10. Мегамир и эволюция пространства
- •10.1 Классические представления об эволюции Вселенной
- •10.2 Общая теория относительности и космологическая модель а. А. Фридмана
- •10.3 Модель Большого Взрыва
- •10.4 Сценарии развития Вселенной
- •11. Образование и эволюция звезд
- •11.1 Протон-протонный цикл
- •11.2 Эволюция звезд
- •11.3 Черные дыры
- •12. Эволюция Земли
- •12.1 Происхождение и строение Земли
- •12.2 Литосфера Земли
- •Песчаник → кварцит, известняк → мрамор
- •12.3 Структуры земной коры и геопроцессы
- •12.4 Климаты Земли
- •13. Современные представления об элементарных частицах
- •13.1 Классификация элементарных частиц
- •13.2 Кварковая модель
- •13.3 Фундаментальные взаимодействия и мировые константы
- •14. Диалектическое противоречие«порядок – беспорядок»
- •14.1 Понятие порядка и беспорядка в современном естествознании
- •14.2 Виды беспорядка
- •14.3 Динамический хаос
- •14.4 Фазовое пространство. Аттракторы
- •Симметрия-асимметрия в физических проявлениях
- •Общие представления о симметрии
- •Симметрия и законы сохранения
- •Виды симметрии
- •15.4 Диалектика отношений симметрия-асимметрия
- •Современная единая физическая картина мира
- •16.1 Модель единого физического поля и многомерность пространства—времени
- •Современная физическая картина мира
- •17. Физика живого и эволюция природы
- •Уровни организации живых систем и системный подход к эволюции живого
- •17.3 Физическая интерпретация биологических законов
- •Гипотезы происхождения жизни
- •18.1 Необходимые факторы возникновения жизни
- •18.2 Теория абиогенного происхождения жизни а.И. Опарина
- •18.3 Гетеротрофы и автотрофы
- •18.4 Биохимические составляющие живого вещества
- •17.3 Биохимия жизни
- •I – первичная; II – вторичная; III – третичная;
- •IV – четвертичная структуры
- •19.1 Строение клетки
- •19.2 Процессы в клетке
- •19.3 Фотосинтез
- •Принципы воспроизводства и развития живых систем
- •20.1 Информационные молекулы наследственности
- •20.2 Воспроизводство и наследование признаков
- •20.3 Законы генетики г.Менделя
- •20.4 Передача наследственной информации и мутации
- •Биосфера. Ноосфера. Учение в. И. Вернадского
- •21.1 Структурная организованность биосферы.
- •21.2 Принципы учения в.И. Вернадского
- •21.3 Эволюция биосферы, переход к ноосфере
- •22. Открытые системы. Синергетика
- •22.1 Организация и управление
- •22.2 Самоорганизация
- •22.3 Второе начало термодинамики применительно к открытым системам
- •22.4 Саморегуляция. Саморазвитие
- •22.5 Спираль развития
- •23. Эволюционно-синергетическая парадигма
- •23.1 Системный подход. Универсальный эволюционизм
- •23.2 Основные принципы синергетики
- •23.3 Элементы теории катастроф
- •24. Техноцентризм
- •24.1 Отношение к новизне
- •24.2 Отношение к пространству и времени
- •24.3 Отношение к природе и личности
- •24.4 Экологический кризис
- •24.5 Угроза со стороны вооружения
- •24.6 Глобальная демографическая модель
- •24.7 Демографический взрыв
- •Литература
22.3 Второе начало термодинамики применительно к открытым системам
Непротиворечивость общей картины мира требует наличия у материи не только разрушительных, но и созидательных тенденций. Изучение этих тенденций привело к появлению таких разделов науки как синергетика – теория самоорганизации, основы которой заложил Г. Хакен и неравновесная нелинейная термодинамика открытых систем – И. Пригожин. Открытыми называются системы, способные обмениваться с окружающей средой веществом, энергией и информацией.
Природа, техника, наука показывает, что в неживой природе, равно как и в живой, а также в социальной сфере порядок доминирует над хаосом. Одним из таких примеров являются монокристаллы и монокристаллические изделия – лопатки, выращиваемые в лабораторных условиях.
Самоорганизация – спонтанный переход открытой системы от менее сложных и менее упорядоченных форм организации к более сложным и упорядоченным.
В основе синергетики лежит ряд идей:
– процессы разрушения и созидания, деградации и эволюции в Вселенной равнозначны;
– процессы созидания (упорядоченности) независимо от природы имеют единый алгоритм.
К самоорганизации склонны открытые системы, состояние которых далеко от термодинамического равновесия. Именно к таким системам относятся все живые организмы, общественные структуры и многие другие реальные объекты (ячейки Бенара, монокристаллы).
Пригожиным сформулировано Второе начало термодинамики применительно к открытым термодинамическим системам.
В открытой термодинамической системе изменение энтропии обусловлено не только процессами внутри системы, когда энтропия не может убывать, но и процессами обмена энергией, веществом и информацией с окружающей средой, в которых энтропия может, как возрастать, так и убывать.
Пусть приращение энтропии системы в процессе ее взаимодействия с окружающей средой составляет величину , а приращение энтропии за счет внутренних процессовЭнтропия всей системы в связи с ее аддитивностью будет равно их сумме
.
В стационарном состоянии , что обуславливает очевидное равенство,. Это означает, что система поставляет энтропию внешнему миру, сбрасывая в него неупорядоченность и увеличивая энтропию окружающей среды. Кроме ячеек Бенара и роста монокристалла примерами самоорганизации могут служить механизмы действия квантовых генераторов (лазеры), развитие живых систем, динамика численности особей в популяции.
Развитие самоорганизующихся систем обычно происходит двумя этапами:
– плавное эволюционное предсказуемое развитие (адаптация) с изменениями, в итоге приводящими к некоторому критическому состоянию;
– одномоментный выход из критического состояния (скачок). Переход в новое состояние (бифуркация).
Особенность процесса – случайность перехода в точке бифуркации (рисунок_).
Рис. 22.2.
Критическая точка
параметра
(точка бифуркации)
Причина возникновения бифуркации кроется в достижении предельных величин нагрузок на систему. В этой точке эволюционный путь развития системы разветвляется, а какая именно ветвь развития будет выбрана, определяется случаем. После того как новый путь развития системы выбран, возврата назад не существует. Примером состояния бифуркации является политическое состояние в России в 1991 г., когда она была вынуждена выбирать дальнейший путь своего исторического развития.
В точке бифуркации существенно возрастает роль случайностей, в результате которых система делает свой выбор пути дальнейшего развития, после чего устанавливается новое устойчивое состояние. Неоднозначность перехода в новое состояние не утверждает обязательности нового со старым, но в этот период, если речь идет о социуме резко возрастает роль личности. Вспомним Ленина в 17 году, Гитлера 30-е годы XX века в Германии, Ельцин 91 год XX века Россия, плеяду ученых – Пуанкаре, Лоренц, Планк, Эйнштейн и революцию в физических воззрениях.
Самоорганизация и синергетический подход характеризуются рядом особенностей:
– хаос не только разрушителен, но и созидателен, ибо развитие происходит через неустойчивость;
– линейная эволюция является исключением, развитие большинства систем нелинейно.
– выбор нового устойчивого эволюционного пути развития систем происходит в процессе случайного выбора из ряда нескольких разрешенных возможностей в точках бифуркации.
Таким образом, напрашивается вывод о том, что случайность не есть досадное недоразумение, а является неопознанной необходимостью как некоторой части механизма эволюции.
Синергетика возникла, и развивались как часть науки естествознания (физики), а в настоящее время ее идеи носят междисциплинарный характер и подводят базис под наблюдаемый глобальный эволюционный синтез в современной научной картине обустройства мироздания. Такой же интегральный смысл приобретает и другая научная дисциплина – кибернетика. Известно, что она устанавливает единство процессов управления. В отличие от синергетики при анализе сложных открытых систем кибернетика делает акцент на процессах управления и обмена информации. В неуничтожимости движения материи заключены истоки ее активности и саморазвития, предпосылки возникновения явления управления и соответствующих закономерностей. Это относится к живой и неживой природе, технике, науке и в равной степени к социуму.