- •Введение
- •1. Естествознание. Определение и содержание понятия. Задачи естествознания
- •2. История развития естествознания
- •2.1. Этапы познания природы
- •3. Методология научных исследований
- •3.1. Понятие методологии и метода
- •3.2. Методы научного познания
- •3.3. Методы эмпирического и теоретического познания
- •4. Механика ньютона. Детерминизм лапласа
- •5. Волновая теория света. Концепция эфира
- •6. Специальная теория относительности. Основные идеи общей теории относительности
- •6.1. Проблема равноправия инерциальных систем отсчета и мирового эфира
- •6.2. Постулаты и основные следствия сто
- •6.3. Основные идеи общей теории относительности
- •7. Законы термодинамики. Энтропия
- •8. Корпускулярно-волновые свойства света
- •8.1. Развитие представлений о свете
- •8.2.Волновые свойства света
- •8.3. Квантовые свойства света
- •8.4. Универсальность корпускулярно-волнового дуализма
- •9. Принципы неопределенности и дополнительности
- •10. Вероятностные свойства микрочастиц. Принцип паули
- •11. Строение вещества
- •11.1. Понятие молекулы и химической связи
- •11.2. Развитие представлений о составе веществ. Законы стехиометрии
- •11.3. Развитие структурной химии
- •12. Основные представления о мегамире
- •12.1. Звезды, их характеристики, источники энергии
- •12.2. Галактики и метагалактики
- •12.3. Эволюция и разбегание галактик
- •12.4. Структура и геометрия Вселенной
- •12.5. Рождение и смерть звезд. Черная дыра
- •13.Теории возникновения жизни
- •14. Специфика живого
- •14.1. Предмет изучения, задачи и методы биологии
- •14.2. Свойства живого
- •14.3.Уровни организации живых систем
- •14.4.Управление и регулирование в живых системах
- •14.5. Концепция эволюции в биологии
- •15. Человек
- •15.1. Место человека в системе животного мира и антропогенез
- •15.2. Эколого-эволюционные возможности человека
- •15.3. Биосоциальные основы поведения
- •16. Биосфера и место человека в биосфере
- •17. Антропогенный фактор и глобальные экологические проблемы
- •17.1. Негэнтропийный взгляд на экологические проблемы
- •18. Концепция самоорганизации в науке
- •18.1 Основные понятия и принципы синергетики
- •18.2. Самоорганизация в неживой природе
- •18.3. Самоорганизация в социальных системах
- •19. Естествознание в мировой культуре
- •19.1. Проблема двух культур
- •19.2. Двойственный характер науки
- •Заключение
- •Оглавление
18.2. Самоорганизация в неживой природе
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 рис. 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 (приТ2 < 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.
Работа лазера. Рабочей средой твердотельного лазера является рубиновый стержень, на концах которого устанавливаются два качественных зеркала (резонатор). С помощью мощной лампы накачки атомы рубина приходят в возбужденное состояние и начинают излучать. Вначале их излучение является хаотическим, независимым друг от друга, и лазер работает как обычная лампа. Но при определенном (критическом) значении мощности накачки происходит скачкообразный переход работы лазера от хаотического излучения к самосогласованному. Коллективное излучение атомов становится когерентным, т.е. упорядоченным.
Химические часы. Самоорганизация в химических системах связана с поступлением извне новых веществ, которые обеспечивают продолжение реакции, и выведением в окружающую среду отработанных. 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 (малоновой) 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. 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).