Самоорганизация

Почему из хаоса возникают сложные, упорядоченные системы. Образование упорядоченных структур, происходящие не за счет действия внешних сил (факторов), а в результате внутренней перестройки системы, называется самоорганизацией. Самоорганизация - фундаментальное понятие, указывающее на развитие в направлении от менее сложных объектов к более сложным и упорядоченным формам организации вещества. В каждом конкретном случае самоорганизация проявляется по-разному, это зависит от сложности и природы изучаемой системы. Разномасштабные самоорганизующиеся системы независимо от того, к какому разделу науки они относятся, имеют единый алгоритм перехода от менее сложных и менее упорядоченных к более сложным и более упорядоченным состояниям. Разработкой теории самоорганизации занимаются несколько научных дисциплин: 1. Термодинамика неравновесных (открытых) систем. 2. Синергетика. 3. Теория катастроф. Как идет процесс превращения? В каком направлении? Почему тепло переходит от горячего тела к холодному? Почему пирамида Хеопса разрушается, а не восстанавливается? Обратимые и необратимые процессы. В физике вводится понятие энтропии, как меры беспорядка в системе. Произвольно идущие процессы протекают в направлении увеличения энтропии, т.е. беспорядка в системе (точнее говорить о вероятности направления протекания процесса). Может ли воздух собраться "сам" в одной половине сосуда? Конечно, нет (точнее, Р = 5*10^-22). Неравновесные процессы и открытые системы. Кристаллы - упорядоченные равновесные структуры. В природе существуют и иные упорядоченные структуры, которые возникают в диссипативных системах. Диссипативная система является подсистемой больших неравновесных термодинамических систем. 1. Циркуляционные потоки в атмосфере и океанах Земли - под действием солнечного излучения - самоорганизация на Земле. 2. Ячейки Бенара - самоорганизация в физических явлениях. 3. Химическая реакция Белоусова-Жаботинского - самоорганизация в химии. Под воздействием BrO₃^-, H⁺ в растворе происходят реакции: Ce³⁺-> Сe⁴⁺ - окисление, цвет раствора голубой. Сe⁴⁺ -> Сe³⁺ - восстановление, цвет раствора красный. Таким образом, имеется автоколебательный процесс изменения концентрации четырехвалентного церия с одновременным варьированием цвета На поверхности раствора появляются поверхностные волны (химические спиральные волны) 4. Динамика популяций хищников и их жертв - самоорганизация в биологии. Неравновесные процессы с возникновением в системах упорядоченных структур - диссипативных структур. Самоорганизация не связана с особым классом веществ, но она существует лишь в специальных системах, удовлетворяющих условиям: а) открытые системы, т.е. открытые для притока энергии (вещества) извне; б) макроскопические системы, т.е. системы описываются нелинейными уравнениями. Следует также отметить, что диссипативные структуры являются устойчивыми образованиями, и их устойчивость определяется устойчивостью внешнего источника энергии. Устойчивость и неустойчивость. Критические состояния. Бифуркации. Асимметрия. В более сложных системах параметр X может изменяться под действием управляющего (или возмущающего) параметра  (лямбда). Рассмотрим диаграмму (X,). Оказывается, что при малых  существует одно решение, характеризующее термодинамически устойчивое состояние, а при больших  - существует два устойчивых состояния с разными значениями X. Переход к новому состоянию при кр под действием флуктуации называется явлением бифуркации. Точка бифуркации и современное состояние.