-
Вопрос 46.Особенности эволюционных процессов в природе,их отличие от динамических и статистических закономерностей. Общее описание процесса самоорганизации в неравновесных системах.
Классика: изучала простые линейные, обратимые, замкнутые системы.
Лаплас-всё детерминировано, мир предсказуем.
Неоклассика: системы из большого числа частиц. Динамические системы уже не годятся. Потом перешли к статистическому описанию (вероятностному).
Согласно 2 закону термодинамики (началу т/д):замкнутые системы из большого числа частиц необратимо переходят в наиболее вероятное состояние теплового равновесия, т.е.замкнутые системы эволюционируют от порядка к хаосу, энтропия при этом возрастает(пожар лесов)(распад цивилизации).
Оказывается, существуют и другие процессы, которые нельзя описать ни динамическими, ни статическими законами; это например процесс эволюции биологического объекта, человека, звёзд, галактик.
Оказывается состояние таких объектов не только нельзя однозначно предсказать, но даже нельзя определить вероятность в будущем.
В результате эволюционных процессов структура объекта обычно усложняется, из хаоса возникает порядок. Это сопровождается уменьшением энтропии, её оттоком в окружающую среду. Никакого противоречия со 2 началом термодинамики здесь нет.
2 начало сформулировано для замкнутой системы, а эволюционная система открытая, т.е. способная обмениваться веществом, энергией или информацией с окружающей средой. Общее изменение энтропии открытой системы складывается из 2ух частей:
dS=d1S+d2S произ-во энтропии из-за необратимых процессов внутри системы
d<или равно1>или равно0
d2S-приток или отток энтропии в результате обмена с окр.средой.
К живому организму:dS=d1S+d2S<0(резкий рост,развитие)
dS=0 функционирует на стабильной системе
dS>0 старение организма.
S-->Smax смерть
Общая энтропия системы может уменьшаться, это условие выполняется только вдали от равновесия. Система становится очень чувствительной к флуктуациям, которые могут возрасти до макроскопического уровня. В результате система может качественно измениться и из первоначального хаоса могут появиться упорядочные структуры. Их образование происходят не из-за внешнего воздействия, а за счёт внутренней перестройки самой системы, поэтому процесс называется самоорганизацией.
Деление
клетки.dS=d1S+d2S
d1S(Производство
энтропии)~4/3πR
в кубе (объём шара) d2S~4πR
в квадрате (S
поверхности сферы) dS=A4/3π(R
в кубе)−В4π(R
в квадрате)
dS=0 при R=3B/A если R>3B/A то dS>0
т.е. при R=3B/A клетка должна разделиться, иначе она погибнет. Объём в двух новых клетках не изменился, площадь поверхности возрос. Деление клеток связано с оттоком энтропии .(это неравновесные процессы)
-
Вопрос 47. Общие свойства систем, способных к самоорганизации.
1.Системы неравновесные
за счёт обмена с окружающей средой параметры, характерные отдельные части системы различны.
2.системы нелинейные
имеют несколько возможных путей развития.
В линейных системах реакция системы пропорциональна возмущающей силе.
Для нелинейных систем малые начальные возмущения могут привести к катастрофическим последствиям. Реакция нелинейной системы на воздействия протекающие по схеме: малые причины - большие следствия. Предсказать траекторию такой системы невозможно.
3.Системы открытые.
4.Диссипативные. Из-за потери и деградации ресурсов.
5.Развитие таких систем проходит через случайный выбор одного из возможных путей эволюции в точки бифуркации.
6.Такие системы способны к резкому изменению своего поведения, к скачкообразным изменениям в точки бифуркации.
7.В ходе эволюции возникают макроскопические упорядочные структуры (пространственные, временные, пространственно-временные)
8.Наличие порогоустойчивости
за которой системой утрачивается устойчивость и становится нестабильными.
9.Выше порога устойчивости в системе возникает коллективное поведение элементов.
10.В этих системах возможны флуктуации и система способна усилить их до макроскопического уровня.
11.Сложные системы
состоят из большого числа взаимодействующих элементов.
12.Между средой и системой существует положительная обратная связь. Т.е. малое взаимодействие на систему приводит к значительным и непредсказуемым последствиям. Система не возвращается в равновесие, а всё дальше от него уходит.
13.Эволюция систем - череда стабильных периодов линейного предсказуемого развития, сменяющихся этапами нестабильности, периодами бифуркации с непредсказуемыми исходами.