Тема 2
МН-12: Макарова Марина, Лихачёв Юрий, Короткевич Иван, Куцан Наталия, Костюченкова Екатерина, Ермовский Велор.
Вопросы:
Дайте понятие
Материи
Энергии
Дайте понятие
Энтропии
Информации
Основы системного анализа
Система, правила выделения систем
Разновидности систем:
Однородные – разнородные
Открытые – закрытые
Равновесные – неравновесные.
Второй закон термодинамики, его интерпретация с позиций термодинамики, космологии, философии.
Энтропия как мера молекулярного беспорядка
Статистическая природа второго начала термодинамики
Второй закон термодинамики как принцип нарастания беспорядка и разрушения структур
Основной парадокс эволюционной картины мира: закономерность эволюции на фоне всеобщего роста энтропии
Энтропия открытой системы: производство энтропии в системе, входящий и выходящий потоки энтропии
Термодинамика жизни: добывание упорядоченности из окружающей среды
Термодинамика Земли как открытой системы
Обоснуйте, почему живые организмы являются неравновесными открытыми системами.
Дайте понятие
Нелинейность
Бифуркация
Дайте понятие
Флуктуация
Самоорганизация
Что такое хаотичные системы
Дайте понятие аттрактора
Примеры самоорганизации в простейших системах: лазерное излучение, ячейки Бенара, реакция Белоусова-Жаботинского, спиральные волны
Почему явление самоорганизации возможно только в открытых, неравновесных системах? Сущность самоорганизации. Выделите фазы, постройте схему процесса развития открытых неравновесных систем с возникновением новой упорядоченности.
Почему теория самоорганизации применима в разных дисциплинах (физика, химия, биология, экономика, политика, психология …..)
Принципы организации современного естествознания.
Ответы:
1. Материя– это совокупность квантованных полей, квантом которых являются элементарные частицы (Бабаназарова О.В. Концепции современного естествознания. Часть 1: учебное пособие / Ярославский Гос. ун-т. Ярославль, 2000)
Материя - это все весомое, все занимающее пространство или все земное (камень, дерево, воздух и пр.); общее отвлеченное понятие вещественности, телесности, всего, что подлежит чувствам: противоположность духовному (умственному и нравственному) (Толковый словарь живого великорусского языка Владимира Даля).
Материя– это то непреходящее, не изменяющееся, постоянно пребывающее, что лежит в основе сменяющихся, чувственно воспринимаемых физических явлений (Малый энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона).
Энергия– (от греч.energeia– деятельность) - мера различных видов движения и взаимодействия в формах: механической, тепловой, электромагнитной, химической, гравитационной, ядерной (Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.:Центр, 2002.с 76).
Энергия - скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения материи и мерой перехода движения материи из одних форм в другие (Словарь по естественным наукам. Глоссарий.ру).
Энергия- общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи (Большая советская энциклопедия).
2. Энтропия - это мера беспорядка, неорганизованности системы (Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.:Центр, 2002. с 75).
Информация – (от лат.informatio– ознакомление, разъяснение) – это мера организованности системы (Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.:Центр, 2002. с 75).
3. Система– это целое, составленное из частей; это совокупность взаимосвязанных элементов, образующих некоторое целостное единство.
Правила выделения систем:
Поставить цель;
Выделить элементы, которые рассматриваются как неделимые на данном уровне анализа;
Выявить связи между элементами;
Понять законы композиции, по которым взаимодействуют элементы и образуют целостность.
(Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.:Центр, 2002. с 72-83).
4. Разновидности систем:
I1) Однородные– системы, в которых присутствуют одни и те же элементы;
2) Разнородные – системы, составные элементы которых имеют разную природу.
II1) Открытые– системы, которые обмениваются энергией, информацией, веществом;
2) Закрытые– системы, которые не получают энергии извне.
III1) Равновесные– системы, которым при переходе из одного состояния в другое требуется приток энергии, при совершении этого перехода система может сохранять свое состояние достаточно долго без дополнительного притока энергии, вещества, информации;
2) Неравновесные– системы, которые требуют постоянного притока энергии, вещества, информации для поддержания своей сложности, так как часть энергии постоянно рассеивается.
(Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.:Центр, 2002. с 72-83).
5. Естественные процессы всегда направлены в сторону достижения системой равновесного состояния (механического, термического или любого другого). Это явление отраженовторым законом термодинамики, имеющим большое значение и для анализа работы теплоэнергетических машин. В соответствии с этим законом, например, теплота самопроизвольно может переходить только от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой. Для осуществления обратного процесса должна быть затрачена определенная работа.Существуют несколько эквивалентных формулировок второго закона термодинамики:
Постулат Клаузиуса:«Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему»(такой процесс называетсяпроцессом Клаузиуса).
Постулат Томсона:«Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара»(такой процесс называетсяпроцессом Томсона).
С позиции термодинамики этот закон можно интерпретировать следующим образом: 1)передача теплоты от холодного источника к горячему невозможна без затраты работы;
2)невозможно построить периодически действующую машину, совершающую работу и соответственно охлаждающую тепловой резервуар;
3)природа стремится к переходу от менее вероятных состояний к более вероятным.
Другими словами, второй закон термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая, что невозможно всю внутреннюю энергию тела превратить в полезную работу.
С позиции космологии этот закон можно интерпретировать следующим образом:
Если наша Вселенная является изолированной (замкнутой) системой, то обмен энергией с другими системами невозможен. В том, что наш мир — изолированная система, никто из ученых не сомневался, но тогда согласно второму закону термодинамики все виды энергии должны в конце концов перейти в тепло, которое равномерно распределится по системе, то есть Вселенная придет в состояние теплового равновесия и все макроскопические движения в ней прекратятся. Наступит так называемая тепловая смерть Вселенной. Многие пытались разрешить это противоречие. Для того чтобы примирить этот вывод с бесконечным существованием Вселенной, Больцман утверждал, что в силу статистической природы второго закона он выполняется неточно. В некоторой достаточно большой области Вселенной произошла флуктуация, и энтропия в ней понизилась. Хотя это явление и крайне редкое, но, в силу бесконечности существования Вселенной, у нас в запасе бесконечно большое время, чтобы дождаться его. Как мы увидим в беседе об эволюции Вселенной, в этих рассуждениях не была учтена отрицательная энергия тяготения, так как не было еще известно о расширении Вселенной. Учет отрицательной энергии тяготения, не нарушая закона сохранения энергии, приводит к тому, что положительная часть энергии может возрастать, и увеличение энтропии, которое обязательно происходит, не обязательно ведет к замиранию процессов во Вселенной.
С позиции философии этот закон можно интерпретировать следующим образом:
Из хаоса никогда и ни при каких условиях сам собой не может установиться порядок. Другими словами, самопроизвольное усложнение любой системы невозможно.
Кириллин В.А.Техническая термодинамика: Учебник для вузов.- 4-е изд., перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1983.
6. Несоответствие между превращением теплоты в работу и работы в теплоту приводит к односторонней направленности реальных процессов в природе, что и отражает физический смысл второго начала термодинамики в законе о существовании и возрастании в реальных процессах некой функции, названнойэнтропией, определяемойкак мера молекулярного беспорядка.
Энтропия – это мера беспорядка системы, мера рассеивания энергии, форма выражения количества связанной энергии, которую имеет вещество.
Согласно второму закону термодинамики, все реальные процессы во Вселенной должны протекать с увеличением энтропии. Энтропия, как показал Больцман, характеризует степень беспорядка в системе: чем она больше, тем больше беспорядок.
Физический смысл возрастания энтропии сводится к тому, что состоящая
из некоторого множества частиц изолированная (с постоянной энергией)
система стремится перейти в состояние с наименьшей упорядоченностью
движения частиц. Это и есть наиболее простое состояние системы, или
термодинамическое равновесие, при котором движение частиц хаотично.
Максимальная энтропия означает полное термодинамическое равновесие, что
эквивалентно хаосу.
Однако, исходя из теории изменений Пригожина, энтропия - не просто
безостановочное соскальзывание системы к состоянию, лишенному какой бы то
ни было организации. При определенных условиях энтропия становится
прародительницей порядка.
(Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.:Центр, 2002. с 86-87;
Кириллин В.А.Техническая термодинамика: Учебник для вузов.- 4-е изд., перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1983)
7. Второй закон термодинамики носит статистический характер (имеет статистическую природу) то есть
применим только к системам, содержащим большое количество частиц. Действительно,
Рассмотрим пример: газ, находящийся в одной половине сосуда, стремится равномерно распределиться по всему его объему, если убрать перегородку. Это происходит потому, что первое состояние более упорядочено, его можно осуществить всего двумя способами, когда газ находится или в той, или в другой половине сосуда. Второе состояние, когда газ равномерно распределен по всему объему, наиболее беспорядочно, так как может быть осуществлено огромным количеством способов за счет взаимной перестановки всех молекул газа при сохранении их полной энергии.А если в нашем примере газ содержал бы десяток частиц, то за счет флуктуаций они иногда бы собирались в той или иной половине сосуда. Однако с ростом числа частиц эти состояния наступали бы все реже и реже, а при количестве частиц порядка 1022 такое событие было бы просто невероятным. Хотя принципиально оно может наступить, так как вероятность его осуществления хоть и бесконечно мала, но в точности не равна нулю.
(Кириллин В.А.Техническая термодинамика: Учебник для вузов.- 4-е изд., перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1983)
8.Второй закон термодинамики утверждает, что все реальные процессы во Вселенной должны протекатьс нарастанием беспорядка и разрушением структур– с нарастанием энтропии.
Более точная формулировка второго начала термодинамики принимает тогда
вид: при самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает.
В состоянии равновесия она максимальна. Энтропия, как показал Больцман, характеризует степень беспорядка в системе: чем она больше, тем больше беспорядок. Теперь ясно, что тепловая энергия равновесного состояния бесполезна для совершения работы, потому что она наиболее беспорядочна. Становится ясным, почему все естественные процессы в природе идут с рассеянием энергии. Потому что это увеличивает беспорядок.
(Кириллин В.А.Техническая термодинамика: Учебник для вузов.- 4-е изд., перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1983)
9. Эволюция - объективно происходящее во времени изменение, проявляющееся как неукоснительное, непрерывное совершенствование, ведущее к повышению качественного уровня и степени организации объектов, а на основе этого - их успешной адаптации и эффективного функционирования в рамках определенных условий.
Эволюция — это способ живого противостоять энтропии, нарастающему хаосу и беспорядку. Она творит разные новшества, но естественный отбор сохраняет только те из них, что придают организмам устойчивость к дальнейшим изменениям, те, что позволяют им воспроизводить свои копии в длинном ряду поколений, практически не меняясь. Как это ни странно, но получается, что эволюция работает против себя самой.
Мы привыкли к тому, что эволюция есть создание чего-то нового, более сложного и совершенного. Но на самом деле эволюция — это создание не просто нового, а нового, которое сопротивляется дальнейшим изменениям. Удивительно то, что, сопротивляясь энтропии, эволюция на самом деле этой самой энтропией движима. Так, никуда не деться организмам от мутаций — сбоев в механизме передачи наследственной информации от родителей к потомкам. Мутации приводят, в конце концов, к гибели организмов и вымиранию видов. Но удивительно то, что в ходе этого разрушительного по сути своей процесса (частного проявления энтропии) случайно создаются новшества, которые опять же случайно могут оказаться устойчивыми к дальнейшей деградации. Вот они-то и сохраняются отбором. Так возник когда-то генетический код (недаром он универсальный для всех организмов!) и механизм воссоздания организмами своих копий из материала окружающей среды, так появился диплоидный набор хромосом и половое размножение так возникала забота о потомстве и разные другие сложнейшие формы поведения животных (а в конце концов и наша культура). Короче говоря, так сформировалось всё то, что позволяет организмам воспроизводить себя в потомках, не исчезая с лица Земли.
(А.П. Садохин Концепции современного естествознания. М., 2005)
10. В открытых системах существуюттри потока энтропии.
Первый поток – собственная энтропия, которая, как и в закрытых системах, всегда растет.
Второй поток – экспортируемая энтропия (выходящий поток) удаляемая из системы во внешнюю среду. Этот поток кратко называют экспортом энтропии.
Третий поток – импортируемая энтропия (входящий поток), поступающая в систему из внешней среды.
Результирующая энтропия открытой системы зависит от соотношения между этими тремя потоками и может вести себя как угодно: расти, уменьшаться или быть постоянной. Если энтропия постоянна, то говорят, что система находится в стационарном режиме.
(А.П. Садохин Концепции современного естествознания. М., 2005)
11. Для земных организмов общий энергообмен можно упрощенно представить как образование в фотосинтезе сложных молекул углеводов из СО2 и Н2О с последующей деградацией продуктов фотосинтеза в процессах дыхания. Именно этот энергообмен обеспечивает существование и развитие как отдельных организмов - звеньев в круговороте энергии. Так и жизни на Земле в целом.С этой точки зрения уменьшение энтропии живых систем в процессе их жизнедеятельности обусловлено в конечном итоге поглощением квантов светафотосинтезирующими организмами, что, однако, с избытком компенсируется образованием положительной энтропии в недрах Солнца.Другими словами, живые организмы добывают упорядоченность из окружающей среды.
Этот принцип относится и к отдельным организмам, для которых поступление извне питательных веществ, несущих приток "отрицательной" энтропии, всегда сопряжено с продуцированием положительной энтропии при их образовании в других участках внешней среды, так что суммарное изменение энтропии в системе организм + внешняя среда всегда положительно.
При неизменных внешних условиях в частично равновесной открытой системе в стационарном состоянии, близком к термодинамическому равновесию, скорость прироста энтропии за счет внутренних необратимых процессов достигает отличного от нуля постоянного минимального положительного значения.
diS/dt => Amin > 0
Этот принцип минимума прироста энтропии, или теорема Пригожина, представляет собой количественный критерий для определения общего направления самопроизвольных изменений в открытой системе вблизи равновесия.
Это условие можно представить по-другому:
d/dt (diS/dt) < 0
Это неравенство свидетельствует об устойчивости стационарного состояния. Действительно, если система находится в стационарном состоянии, то она не может самопроизвольно выйти из него за счет внутренних необратимых изменений. При отклонении от стационарного состояния в системе должны произойти внутренние процессы, возвращающие ее к стационарному состоянию, что соответствует принципу Ле-Шателье - устойчивости равновесных состояний. Иными словами, любое отклонение от устойчивого состояния вызовет увеличение скорости продуцирования энтропии.
В целом уменьшение энтропии живых систем происходит за счет свободной энергии, освобождаемой при распаде поглощаемых извне питательных веществ или за счет энергии солнца. Одновременно это приводит к увеличению их свободной энергии. Таким образом, поток отрицательной энтропии необходим для компенсации внутренних деструктивных процессов и убыли свободной энергии за счет самопроизвольных реакций метаболизма. В сущности, речь идет о круговороте и превращении свободной энергии, за счет которой поддерживается функционирование живых систем.
(С.Х. Карпенков Концепции современного естествознания.-М.:2002)
12. Термодинамика Земли как открытой системы возникает под действием двух факторов:
Под действием внешней среды
Изменение внутри самой системы
Зная эти факторы можно вычислить скорость изменения энтропии
dS/dt = deS/dt + diS/dt.
Полученное выражение означает, что скорость изменения энтропии системы dS/dt равна скорости обмена энтропией между системой и окружающей средой плюс скорость возникновения энтропии внутри системы.
Член deS/dt , учитывающий процессы обмена энергией с окружающей средой, может быть и положительным, и отрицательным, так что при diS > 0 общая энтропия системы может как возрастать, так и убывать.
Отрицательная величина deS/dt < 0 соответствует тому, что отток положительной энтропии от системы во внешнюю среду превышает приток положительной энтропии извне, так что в результате общая величина баланса обмена энтропией между системой и средой является отрицательной. Очевидно, что скорость изменения общей энтропии системы может быть отрицательной при условии:
dS/dt < 0 if deS/dt < 0 and |deS/dt| > diS/dt.
Таким образом, энтропия открытой системы уменьшается за счет того, что в других участках внешней среды идут сопряженные процессы с образованием положительной энтропии.
(С.Х. Карпенков Концепции современного естествознания.-М.:2002)
13.Для открытых систем характерен обмен материей и энергией с окружающей средой, в том числе и с другими системами, а для закрытых такой обмен исключен. Закрытых систем в реальности практически не существует, это определенный прием идеализации для решения исследовательских задач. Для неравновесной системы характерна необходимость постоянного подвода энергии для достижения нового состояния, так как происходит постоянное рассеивание энергии, эта ситуация далека от равновесной. Растение, животное или человек есть изумительный пример разнородной, открытой неравновесной химической системы. Находящейся в неустойчивом равновесии. Они представляют собой чрезвычайно маловероятную структуру, обладающую очень низкой энтропией.Эта неустойчивость наблюдается особенно ярко, когда наступает смерть.
( Бабаназарова О.В. Концепции современного естествознания. Часть 1: учебное пособие / Ярославский Гос. ун-т. Ярославль, 2000. c 19-20).
14.Нелинейность– дифференциальные уравнения, описывающие явления, имеют несколько решений ( Бабаназарова О.В. Концепции современного естествознания. Часть 1: учебное пособие / Ярославский Гос. ун-т. Ярославль, 2000. с 43).
Бифуркация – разветвление, раздвоение в траектории движения системы в определенной точке ( Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания: учебное пособие – М.: высшая школа,1998. с 366)
Бифуркация – (от лат.Bifurcus- раздвоенный) - приобретение нового качества движениями динамической системы при малом изменении ее параметров, точка скачкообразного изменения состояния системы
(Бабаназарова О.В. Концепции современного естествознания. Часть 1: учебное пособие / Ярославский Гос. ун-т. Ярославль, 2000.с 42)
15.Флуктуация – случайное отклонение системы от равновесного положения (Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания: учебное пособие – М.: высшая школа,1998. с 380)
Самоорганизация – природный скачкообразный процесс, переводящий неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем сложности и упорядоченности по сравнению с исходным.( Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания: учебное пособие – М.: высшая школа,1998. с 378)
16.Хаотичные системы– это системы, которые сверхчувствительны к самым слабым флуктуациям, это непредсказуемые системы.
17.Аттрактор– близок к понятию цель. Относительно устойчивое состояние системы, которое как бы притягивает все множество траекторий движения системы. Если система попадает в конус аттрактора, то она неизбежно эволюционирует к этому относительно устойчивому состоянию
(Бабаназарова О.В. Концепции современного естествознания. Часть 1: учебное пособие / Ярославский Гос. ун-т. Ярославль, 2000. с 25).
18. Примеры самоорганизации в простейших системах: лазерное излучение, ячейки Бенара, реакция Белоусова-Жаботинского, спиральные волны.
Генерация лазерного излучения считается примером временной самоорганизацияЛазер непрерывного действия-сильно неравновесная открытая система, образованная возбужденными частицами (атомами, молекулами) и модами электромагн. поля в резонаторе. Неравновесность этой системы поддерживается непрерывным притоком энергии от внеш. некогерентного источника (накачкой). При малых интенсивностях накачки излучение системы состоит из не сфазированных между собой цугов волн. С повышением интенсивности накачки вплоть до нек-рой пороговой величины излучение системы становится когерентным, т.е. представляет собой непрерывный волновой цуг, в к-ром фазы волн жестко скор-релированы на макроскопич. расстояниях от излучателя. Этот переход к генерации когерентных колебаний можно интерпретировать каксамоорганизация
Ячейки Х. Бенара. Классическим примером возникновения структуры является конвективная ячейка Бенара. Если в сковородку с гладким дном налить минеральное масло, подмешать для наглядности мелкие алюминиевые опилки и начать нагревать, мы получим довольно наглядную модель самоорганизующейся открытой системы. При небольшом перепаде температур передача тепла от нижнего слоя масла к верхнему идет только за счет теплопроводности, и масло является типичной открытой хаотической системой. Но при некотором критическом перепаде температур между нижним и верхним слоями масла в нем возникают упорядоченные структуры в виде шестигранных призм (конвективных ячеек), как это показано на рисунке 1.
Рисунок 1.
В центре ячейки масло поднимается вверх, а по краям опускается вниз. В верхнем слое шестигранной призмы оно движется от центра призмы к ее краям, в нижнем - от краев к центру. Важно отметить, что для устойчивости потоков жидкости необходима регулировка подогрева, и она происходит самосогласованно. Возникает структура, поддерживающая максимальную скорость тепловых потоков. Поскольку система обменивается с окружающей средой только теплом и в стационарном состоянии (при Т1) получает тепла столько, сколько отдает (при Т2 < Т1), то
S=(Q/T1)-(Q/T2) < 0, т.е. внутренняя структура (или самоорганизация) поддерживается за счет поглощения отрицательной энтропии, или негэнтропии из окружающей среды. Подобные конвективные ячейки образуются в атмосфере, если отсутствует горизонтальный перепад давления.
Реакция Белоусова-Жаботинского. Химические часы. Самоорганизация в химических системах связана с поступлением извне новых веществ, которые обеспечивают продолжение реакции, и выведением в окружающую среду отработанных.
.
Рисунок 2
Такие реакции были получены в 50-х годах 20-го века советскими учеными Б. Белоусовым и А. Жаботинским. Однако полученные ими результаты были настолько необычными, что ученые долго не могли опубликовать их. Лишь в 80-х годах они получили признание. Суть реакции Белоусова - Жаботинского состоит в окислении органической кислоты бромидом калия.При добавлении индикатора окислительно-восстановительных реакций (ферроина) можно наблюдать за ходом реакции по периодическому изменению цвета раствора. Внешне самоорганизация проявляется появлением в жидкой среде концентрических волн или в периодическом изменении цвета раствора с синего на красный и наоборот (рисунок 2). Этот колебательный процесс идет без всякого вмешательства извне в точение нескольких десятков минут и получил название «химических часов».
Следует заметить, что колебания происходят около неустойчивого стационарного состояния вдали от состояний равновесия. (Около устойчивых стационарных состояний такие периодические колебания невозможны).
Спиральные волны. В синергетике (теории диссипативных систем) самым фундаментальным фактором является самоорганизация спиральных автоволновых структур в активных средах с диссипацией энергии. Спиральные волны представляют собой главный тип элементарных самоподдерживающихся структур в однородных возбудимых средах. Такой средой как раз и является физический вакуум. Поэтому, элементарные частицы вещества неизбежно должны были самоорганизоваться в нем и, именно, лишь в виде спиральных автоволн. На это указывают и основные закономерности, общие для элементарных частиц и спиральных волн:
корпускулярно-волновая природа элементарных частиц (они, как и ядра спиральных волн, имеют пространственные координаты);
кооперативное поведение, как частиц, так и спиральных волн;
наличие инерции движения (как у элементарных частиц, так и у спиральных автоволновых структурных элементов);
наличие аннигиляции при столкновении (как у элементарных частиц и античастиц, так и у сходящихся и расходящихся спиральных волн);
наличие неопределенности во времени и пространстве свершения кванта действия (принципиально невозможно определить начало и конец любого спирального витка, переносящего квант действия а, следовательно, - и точно определить координаты мировых точек свершения действия);
возможность интерпретации оконечных локальных стоков спиральных волн как отрицательных электрических элементарных зарядов, а их первичных локальных истоков – как положительных элементарных зарядов;
наличие у электрона собственного углового момента, не связанного с его вращением (радиальное перемещение витков спиральной волны аналогично эффекту от вращения жесткой логарифмической спирали);
наличие положительного и отрицательного значений спина у элементарных частиц (аналогично вправо и влево закрученным спиралям);
образование электроном в атоме орбитальной волны (аналогично образованию спиральными волнами простых вихревых колец);
невозможность существования, как одинокого кварка, так и одинокого скрученного вихревого кольца [7];
наличие асимптотической свободы, как у кварков, так и у скрученных вихревых колец, зацепленных друг с другом (силы взаимодействия возникают лишь при попытке их разъединения);
подобие топологических запретов, ограничивающих число допустимых элементарных частиц и трехмерных спиральных структур [8];
очень короткий срок жизни, как элементарных частиц, так и трехмерных спиральных структур, неспособных самоорганизовываться в структуры более высокого иерархического уровня.
М.Эйген. Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул. М. "Мир", 1973.
Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. - Новосибирск: ЮКЭА, 1997.
19. Почему явление самоорганизации возможно только в открытых, неравновесных системах? Сущность самоорганизации. Выделите фазы, постройте схему процесса развития открытых неравновесных систем с возникновением новой упорядоченности.
САМООРГАНИЗАЦИЯ-самопроизвольное (не требующее внешних организующих воздействий) образование упорядоченных пространственных или временных структур в сильно неравновесных открытых системах (физ., хим., биол. и др.).
Непрерывные потоки энергии или вещества, поступающие в систему, поддерживают ее в состоянии, далеком от равновесия. При таких условиях в системе развиваются собственные (внутренние) неустойчивости (области неустойчивого поведения), развитием которых является самоорганизация.
Самоорганизация представляет собой возможность изменения состояния системы, а воздействие может быть оказано только на открытую систему и лишь неравновесная система способна к изменению и развитию. Такие системы чувствительны к воздействиям внутренних элементов системы. Поэтому явление самоорганизации возможно только в открытых, неравновесных системах.
Фазы в эволюции открытых неравновесных систем:
развитие по линейным законам (поддержание гомеостаза, предсказуемость, способность переживать воздействия как случайные в результате внешних и внутренних взаимодействий. Следовательно, возрастает неравновесность. Связи между элементами рвутся. В этом состоянии возможен переход ко 2 фазе)
точка бифуркации (раздвоения) Система ведет себя непредсказуемо, нелинейно. В точке бифуркации система не помнит своего прошлого. Происходит выбор пути развития, образуется новая структура.
При самоорганизации возникают новые структуры, увеличивается порядок, растет свободная энергия системы, уменьшается энтропия.
(Николис Г., Пригожин И., Самоорганизация в неравновесных структурах, пер. с англ., М., 1979)