Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

to / Лк-15.Стр.и энергия

.doc
Скачиваний:
16
Добавлен:
26.03.2015
Размер:
92.16 Кб
Скачать

10

Тема 15. Структура и энергия

  1. Диссипативные структуры.

  2. Энтропия и структурная организованность систем.

  3. Роль Второго начала термодинамики в развитии общества.

Литература:

  1. Мысин Н.В. Теория и история социального управления. - СПб.: СЗАГС, 1998.384с

  2. Пригожин А.И., Стингерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой. – М.: Наука, 1986.

Любой процесс в живой и неживой природе каким бы сложным и специфическим он ни был, происходит в системе и сам является системой. В подавляющем большинстве случаев объекты природы и техники — это динамические системы. В совокупности ряд состояний направленного изменения систем и составляет ее динамический аспект/

И. Р. Пригожиным было показано, что в случае равновесного состояния или близкого к нему, развитие системы принципиально невозможно. Развитие системы возможно только в состояниях, далеких от равновесия, когда неустой ч и в о_с т ь состояний представляет собой потенциальный источник развития. Особо важное значение приобретает понятие «диссипативной структуры».. Диссипативные—это структуры, образующиеся в результате рассеяния (диссипации) энергии и характерны

(Для неустойчивых срстояний. Возникновение порядка в таких структурах связано с наличием внешних потоков (вещества, энергии или информации), удерживающих систему в устойчивом состоянии. И только открытые системы, связанные с внешней средой указанными потоками оказываются способными к.развитлю.. Развитие сложной системы сопровождается двумя сопряженными процессами Сохранения устойчивости вдали от равновесия или временного нарушения имеющейся устойчивости системы. Устойчивость обеспечивает как выживание системы так и ее преемственность.

Понятие «устойчивость» в термодинамической теории структур понимается как динамическая устойчивость открытых систем в состояниях, находящихся вдали от равновесия.

Термодинамика— это наука, изучающая превращения энергии во всех ее формах. Она формулирует ряд законов («начал»), отражающих свойства энергии в процессах ее превращений. ПЕРВОЕ НАЧАЛО обычно кратко формулируется так: «Энергия сохраняется». Энергия — это способность совершать работу. Энергия как наиболее общее понятие, позволяет рассматривать с единой точки зрения все явления и процессы. Оно пришло на смену, понятию «силы» — на первый взгляд более конкретному и «осязаемому», к тому же успешно «математизированному» И. Ньютоном.

ВТОРОЕ НАЧАЛО термодинамики устанавливает наличие в природе фундаментальной асимметрии, т. е. однонаправленности всех происходящих в ней самопроизвольных процессов. Об этой асимметрии свидетельствует все окружающее нас: горячие тела с течением времени охлаждаются, однако холодные

сами по себе не становятся горячими; прыгающий мяч в конце концов останавливается, однако покоящийся мяч самопроизвольно не начинает подскакивать. Это свойство природы отлично от свойства сохранения энергии и состоит в том, что хотя полное количество энергии должно сохраняться в любом процессе, распределение имеющейся энергии изменяется необратимым образом. Второе начало термодинамики указывает естественное направление, в котором происходит изменение распределения энергии, причем это направление совершенно не зависит от ее общего количества.

Внутренняя асимметрия находит отражение в истории развития цивилизации. На протяжении тысячелетий превращение запасенной энергии или работы в теплоту было самым обычным делом. Первобытные люди научились добывать теплоту по мере необходимости и с избытком путем сжигания различных видов топлива. Однако широкое овладение обратным процессом — управляемым преобразованием теплоты или запасенной энергии в работу — по-настоящему началось лишь с наступлением промышленной революции.

Истинная революция в технике свершилась, когда человек сумел освоить другой аспект асимметрии природы: преобразование теплоты в работу. Этот аспект асимметрии природных процессов позволяет не просто овладеть энергией, топлива, но и извлечь из нее движущую силу способную совершать работу.

Однако существует асимметрия между работой и теплотой: работу можно полностью превратить в теплоту (например, путем трения) полное же преобразование теплоты в работу невозможно — часть теплоты неизбежно безвозвратно теряется. Природа признает эквивалентность теплоты и работы, но требует «контрибуции» всегда, когда теплота превращается в работу. Асимметрия проявляется в том, что преобразование работы в теплоту подобным «налогом» не облагается.

Первое и второе начала термодинамики сформулированы для изолированных, замкнутых систем, не обменивающихся с внешним миром ни энергией, ни веществом. Первый закон гласит, что общая энергия такой системы остается 1 постоянной. Второй же закон утверждает, что в такой системе количество энергии сохраняется, зато не сохраняется ее качество. Их различие в том, что энергия может принимать»«высококачественную» форму, которую можно превратить в механическую работу или работу электрического поля (например, энергия сжатого воздуха или электрического аккумулятора) и «низкокачественные» формы энергии, например, теплота. Поэтому Второй закон иногда считают законом «деградации» энергии. Он указывает естественное направление процессов изменения, которое характеризуется понижением качества энергии: таковы все происходящие в природе естественные процессы. 5

Второй закон термодинамики оперирует понятием Энтропии, которая в изолированной системе или возрастает или хотя бы остается постоянной, но ни в коем случае не уменьшается. Понятие энтропии было введено в физику Рудольфом Клаузиусом в 1865 г. Термин является производным от греческого глагола «превращать» — энтропия характеризует превращение, превратимостъ. Это выражение состояния замкнутой системы, при котором свободная энергия системы (разность потенциалов) переходит в связанную (разность потенциалов

исчезает). Так, с течением времени выравнивается температура, давление, напряженность электрического поля в разных частях системы (например, «садятся» электрические аккумуляторы).

Второе начало гласит: в любой замкнутой системе полная энергия остается постоянной, а полная энтропия со временем только возрастает.

Понятие энтропии позволяет осуществлять количественное описание систем, оценить уровень их организованности и дезорганизованное™, неупорядоченности. Энтропию называют «мерой неупорядоченности», а второй закон термодинамики формулируют так: «Система может развиваться, тппикп # направлении возрастания неупорядоченности», или «энтропия со временем никогда не уменьшается^. Для сложных динамических систем характерна нестационарность — неопределенность их состояний во времени.

Неопределенность означает ситуацию, когда полностью или частично отсутствует информация о возможных состояниях системы и внешней Среды. Иначе говоря, когда в системе возможны те или иные непредсказуемые события, вероятностные характеристики которых неизвестны. Это неизбежный спутник больших и сложных систем; причем чем сложнее система, тем большее значение приобретает фактор неопределенности в ее развитии. Мера неопределенности рас­пределения состояний системы и называется энтропией. Энтропия может определяться относительно распределения состояний системы ш_лпобым

^структурньшилиф^нкцион^ьнь1м показателям^ и "используется для расчета организации системг'

Пусть существует N возможных состояний системы (рь— Рп> Если вероятность р \ одного из состояний равна 1, а все остальные — О, то неопределенности не существует (т. е. нам точно известно — в каком именно состоянии находится данная система). Если все состояния системы равновероятны, то неопределенность в системе максимальная. Неопределенность всей совокупности состояний системы равна сумме неопределенностей отдельных ее состояний (неопределенность обладает свойством аддитивности). Мера неопределенности вычисляется по формуле:

и называется энтропией.

Основание логарифма соответствует единице измерения Энтропии . Так, в теории информации в качестве единицы энтропии принят,

бит, что соответствует логарифмам при основании 2.

Понятие эщрошщ__име_£г_двойственную природу. С одной стороны, энтропия характеризует рассеиваемое системой «бесполезное» тепло (т. е. потерю энергии), а с Другой — является мерой упорядоченности: с ростом энтропии увеличивается беспорядок. При этом следует различать организованность и сложность систем. Так, система может быть очень сложной, но крайне неупорядоченной, неорганизованной (агломерат). Именно отождествление понятий сложности и организованности привело Н. Винера к теоретической ошибке: количество информации он принял за меру организованности, тогда как на самом деле оно является непосредственной мерой

многообразия и сложности системы. Например, в системе управления аппарат может «задыхаться» в потоке разнообразной информации, а управлять не может, поскольку необходимая (т. е. высококачественная) информация отсутствует.

Энтропия характеризуется не только как мера неупорядоченности, но и как мера структурной организованности системы. Максимум энтропии соответствует равномерному распределению некоторой величины — низшей степени организованности. Формирование структуры всегда сопровождается утратой однородности системы, что приводит к уменьшению энтропии системы. Поэтому структурирован ие любой системы означает повышение ее ор ганизованности, а значит

управляемости. Структура есть закон связи элементов в системе. Зная этот закон и опираясь на него, можно управттдтт, гигтрллой- При^рм управление сводится к изменению потока энергии того или иного вида"в различных системах. Например, социальная структура может порождаться неравномерным распределением в обществе любого из таких факторов как сила, власть, земля, деньги, информация, женщины и т. д. Каждый из этих параметров может послужить структурообразующим фактором, порождая соответствующий тип социальной структуры, и являясь основой «социальной стратификации» общества.

Так, современная политическая антропология видит смысл развития структур

власти и ее оформления, как и вообще всего общественного развития, в овладении

максимальным для данных условийjroiQKO-M^meprHH и сохранении ко'нтроля над

ним. Более высокая концентрация власти требует контроля над большим потоком

энергии и преобразования этой энергии. Но простого возрастания потока не-

^яостаточно: обществу требуются «автокатализаэдэы», которые обеспечили бы

(} Сохранение этой энергии в данных немногих руках. И такими катализаторами

^оказываются передача богатства по наследству, наследование^ по крови,

сакрализация пшвIттejIeй5xим£0Jтичecкaя стратификация и т. п

Следует подчеркнуть, что формулировка энтропии без труда обобщается и на открытые системы, обменивающиеся энергией и веществом с внешним миром. Пусть существует открытая система, в которой djS означает производство энтропии внутри системы, а ' de S — обмен энтропией между системой и средой (см.

Рис. Обмен энтропией между открытой системой и средой

Энтропия обладает свойством аддитивности и складывается из значений энтропии, произведенной внутри системы и обмена энтропией между системой и окружающей средой. Здесь deS означает перенос энтропии через границы системы, т. е. изменение энтропии за_счет обмена теплом и веществом с внешней

Предпосылкой для формирования упорядоченных структур в открытых "* системах является существование определенного соотношения между

производством энтропии в системе (в результате происходящих внутри нее процессов) и ее отдачей — обменом энтропией со средой. Формирование

структуры начинается , тогда, когда отдача энтропии ^.превышает некоторое критическое значение. Отдача энтропии ' -— причина формирования высокоорганизованных структур.

Жизнь как высокоорганизованное явление основана на «высококачественной» энергии, т. е. на отдаче энтропии — уменьшение «высококачественной» энергии Для живых организмов равнозначно отсутствию питания. В этом смысле — «Человек есть то, что он ест», — как и любой живой организм. Второй закон говорит о смерти вследствие изоляции — невозможности получать высококачественное «питание» и отдавать произведенную энтропию в окружающую среду. Жизни непрестанно угрожает смерть, и единственный способ избежать ее состоит в том, чтобы избегать изоляции, т. е. сохранять свободу: «Пока в организме тлеет жизнь, он способен поддерживать свою неустойчивую структуру, тем самым избегая разрушения; следовательно, он обла­дает способностью в значительной мере (точнее говоря — на протяжении всей жизни) задерживать нормальный процесс разрушения».

Прежде считалось, что живой организм отличается от неживой структуры (физического тела) той же массы большей упорядоченностью. Однако упорядоченность организма в смысле регулярного расположения атомов и молекул значительно меньше такой упорядоченности кристалла. Хотя бы потому, что организм содержит много жидкости. Это два различных типа упорядоченности кристалл упор я^д очен равновесно,

организм упорядочен как ди с с ипативная система, далекая от равновесия.

«Классическая термодинамика» выступала как теория разрушения. Производство энтропии рассматривалось как мера скорости этого разрушения. Считалось, что Второй закон термодинамики требует полного уничтожения живого организма и оставалось только непонятным — как вообще может существовать жизнь в мире, управляемом таким физическим законом, как Второе начало термодинамики. Сегодня термодинамика доказала возможность существс^ания__о_хкрыть1^ систем в _стах^ионащом состоянии, в котором производство энтропии внутри системы компенсируется ее оттоком из открытой системы в среду.

Открытые системы, далекие от равновесия, обладают удивительными свойствами. Они способны творить порядок из хаоса за счет экспорта энтропии, оттока из открытой системы. Впервые понято, что организм питается отрицательной энтропией, негэнтропией, а не положительной энергией. Упорядоченность, подобная кристаллической, возможна вдали от равновесия, порядок может порождаться хаосом наподобие фазового перехода. Сформировалась новая область физики — физика диссипативных систем, или синергетика (от древнегреческого слова «синергос», или «вместе действующий»). Здесь физика объединилась с биологией в понимании сущности процессов необратимого развития.

Каким образом в живой природе из хаотичности, неупорядоченной изменчивости возникает упорядоченная эволюция — впервые показал Ч. Дарвин

в «Происхождении видов» . В процессе движения материи непрерывно возникают и разрушаются более или менее стабильные структуры, которым свойственен «метаболизм» (процессы обмена). Они далеки от термодинамического равновесия, а их относительная устойчивость поддерживается благодаря использованию внешних энергии и информации. Некоторые из этих структур являются по своей природе биологическими, другие — физическими. Все они возникают из хаоса —«праха», и вновь обращаются в «прах».

Жизнь есть «буфер» между Космосом и «косным», т. е. неживым веществом Земли. Жизнь, способная усваивать энергщо__Солнца непосредственно и трансформировать ее в земное вещество, многократно усиливает воздействие космических процессов. В результате формируется Биосфера — сплошная непрерывная оболочка Земли, неоднородная по веществу и структуре.

Наличие процесса развития доказывается существованием на Земле генетического кода, единого для всего живого. Этот единый «алфавит» есть следствие процесса естественного отбора, сохранившего наиболее устойчивую, приспособленную к земным условиям форму передачи наследственной информации, которая кодируется нуклеиновыми кислотами. Механизм такого развития описывается обычно в терминах дарвиновской «триады» — Изменчивость^НаследственностьГОтбор .

Изменчивость — это любые проявления стохастичности (случайности) и неопределенности. Например, мутации как средство случайного поиска новых необходимых для выживания организма качеств носят случайный характер.

Наследственность — это способность изменяться от прошлого к будущему, способность будущего зависеть от прошлого. Факт наследственности означает лишь то, что понять возможности будущего нельзя без знания прошлого. Наследственность — это термин, отражающий влияние прошлого на будущее. Часто, не зная хорошо прошлого, мы невольно относим многие наблюдаемые факты к числу случайных, т. е. к Изменчивости — ничего другого нам просто не остается.

Отбор — наиболее сложное понятие, обычно трактуемое так:«выживает сильнейший, наиболее приспособившийся», т. е. Выживает тот, кто выжил. Отбор, следуя своим объективным законам, совершает Природа, а человеческий разум лишь фиксирует этот факт, отражая с той или иной степенью точности ту реальность, которая «есть на самом деле». Законы Природы — и есть Принципы Отбора. (Ь4алт2имег1^_в_физике реальные движения из множества виртуальных отбираются^ помощью^_законов Ньютона, которые являются простейшими принципами отбора). —-

При рассмотрении развития социальных систем с позиций Второго начала термодинамики следует учитывать, что * сущностью общества как саморазвивающейся системы является деятельность людей по производству и потреблению материальных и духовных благ*Процесс развития самого человека направляется не естественным отбором, а законами общественного развития. 9 Обмен энергией и энтропией между биологическими системами и окружающей средой является естественным самопроизвольным процессом. Для общества характерен осознанный ^обмен, происходящий между человеком и природой в процессе его трудовой деятельности, материального производства и потребления.

Трудовой процесс регулирует и контролирует обмен веществом, энергией и информацией между природой и обществом (средой и системой). ЦВ—ходе.] \ 4штаргичеекота4жщетня1©озрастают возможности людей совершать все большую работу при все меньших затратах физического труда. При этом труд выступает как управление энергетическими потоками окружающей человека природной среды, причем источником энергии для этого служит сама природа.

Искусственные средства . труда, которые человек создает для увеличения возможностей своего воздействия на природу — объекты техники — выступают в качестве открытых материальных систем, функционирующих и развивающихся в окружающей социально-прилюдной среде/ ОбъектьП^Хники представляют

собой отк^ьгтае^^ааве^шяе'^рга*ерйальные>! системы, которые занимают промежуточное положение "между"" общественным человеком и природой, взаимодействуя с ними, а также — между собой. Каждая машина есть преобразователь энергии и производитель энтропии окружающей среды. Причем в отличие от животных, использующих постоянно возобновляющиеся энергоресурсы (в виде пищи), машины потребляют в основном более невозобновляемые источники энергии -— нефть, природный газ, уголь, ядерное топливо и т. п. Создавая технику за счет быстро истощающихся природных запасов энергии, человек накапливает энергию и негэнтропию в овеществленном виде технических средств, с помощью которых затем борется с естественно протекающими всюду процессами нарастания энтропии. Поэтому количество энергии, затрачиваемое на производство объекта техники, может служить абсо­лютной мерой стоимости объекта, так как денежная цена его «скачет» в зависимости от конъюнктуры рынка.

~Смёна технологических способов производства порождает качественно новые этапы передачи функций человеческого труда различным техническим системам,

т. е. означает изменение типа связи между человеком и техникор^В обществе с развитым денежным обращением энергия накапливается в виде информации, денег, технологических знаний и общественных договоров. Функционирование ■ Накопителей энергии обеспечивается затратами потенциальной энергии. 1 Существование в системе накопителей энергии способствует улучшению Г циркуляции денег, материалов и услуг, подводу новых количеств энергии и т. д. J Деньги выступают одной из знаковых форм механизма регуляции общественных отношений, а их содержанием является мера труда или еще конкретнее — мера затраченной социальной энергии. Деньги, переходя из рук в руки, выполняют роль посредника, обеспечивающего обмен товарами и услугами. В природе нет денег и обмен совершается энергией и энтропией, а в основе материального производства продуктов питания и промышленных товаров тоже лежит энергоэнтропийный обмен. Челов_е_Ч£ство на трудном и сложном пути развития производительных сил обнаг^жило (стихийно, но не случайно) меру своей собственной энергии, научилось ее вычислять и обозначать, хотя еще долго не могло осознать действительный смысл этого открытия. Денежные знаки опоср|дую_т энергетические отношения взаимодействующих систем, причем в Деньгах эта функция полностью обнажена, тогда как в других информационных системах скрыта за сложной сетью опосредовании и условностей (денежный фетишизм).

1 взаимосвязь между ^лотоками^денег и энергии станет понятной, если учесть, йтоМеньги образуются только в том случае, когда существует товарообмен и

движение энергии. Учитывая знаковую, опосредующую роль денег в

общественной жизни, некоторые ученые рассматривают экономическую науку

какнауку_р_сдцидльной энергии^^мерой которой^ являются деньги. В каждый

~^д5шы!Гмомент существует некоторое среднее" отношение суммы обращающихся

денег к энергетическому потоку. Именно поток энергии регулирует денежное

обдащение. Если поступление энергии достигает своего предела, увеличение

^ '(/ массы Обращающихся денег не в состоянии стимулировать производство энергии

* выше достигнутого предела. В результате может наступить лишь обесценивание

'**2\^><Йенег по отношению к энергии. Поэтому^толък£общество, стремящееся к

шкоплению, энергии, мрж^т^быст^р, идти вперед. Застой в данном

случае почти равносилен рассеянию накопленной энергии, так как общественная 'жизнь без развития теряет всякую ценность и всякий смысл.

Экономика, располагающая запасами энергии, может ввести в обращение дополнительные денежные резервы, сохраняя в то же время отношение массы обращающихся денег к энергии постоянным. Накопленные денежные средства вместе с запасами реальной энергии составляют денежный капитал и могут предоставляться взаймы. Дополнительные запасы энергии используются для развития новых отраслей экономики. Запасы энергии создаются на деньги, полученные в кредит теми отраслями, предприятиями, фирмами, которые раз­вивают новые отрасли хозяйства. Это значит, что кредит используется на закупки накопленной, овеществленной энергии, направляемой на развитие новых сфер деловой активности.

Традиционно функцию экономического регулирования в обществе — управление потоками денег и энергии — выполняло Государство. По природе государство является макроэкономической организацией, но превышает этот статус и выходит за его пределы на социЩгальном уровне. Оно действует как экономический руководитель, как правомочная организация, чьи размеры неизбежно сталкивают его с другими организациями.

В современном обществе деньги представляют собой оружие невероятной убойной силы, так как они являются каналом или, точнее, жидкостью, лимфой, которая соединяет все виды национальной и международной деятельности, не только нацеленные на получение прибыли. Поэтому суверенное государство, в котором присутствует абсолютный центр принятия решений (т.--е? сжгбидньтй~Т)т

р4эв^ржяхри^трэдзетай~тсщс^ну^

Bffe~ere), превратило деньги в объект монопольного управления.

Государство само остро нуждается в деньгах, чтобы финансироваться. Финансы являются таким же инструментом самого государства,— етруктуры, как система судопроизводства, вооруженные силы и полиция. Государство определяет свои приоритеты и цели и стремится к тому, чтобы их сразу же реализовать. Как экономическая организация, государство изменяет условия, в которых работают другие организации, и тем самым само становится фактором изменений. Государство стимулирует изменения прежде всего при помощи своих^-собственных решений о распределении ресурсов, которыми оно располагает. Речь идет о государственных экономических решениях, приводящих к структурным