2.1.3. Принцип эмерджентности
Еще математики теоретически пришли к выводу, что по мере объединения различных подмножеств в новое множество, у последнего возникают принципиально новые отличительные свойства.
Эта закономерность распространяется, прежде всего, на биосистемы.
Принцип эмерджентности состоит в следующем:
при объединении подсистем в систему появляются принципиально новые свойства, присущие системе более высокого ранга организации, которые невозможно описать исходя из свойств подсистем. Такие качественно новые свойства называются эмерджентные, а их появление в системах более высокого ранга называются принципом эмерджентности.
Как следствие принципа эмерджентности является разработка подходов к изучению экосистемы. С одной стороны необходимо изучать все совокупные свойства популяции (свойства подсистем), составляющих данную экосистему, но с другой стороны только общие законы функционирования биосферы определяют поведение экосистемы.
Второе следствие: целостная подсистема сохраняет устойчивость существования своих систем, которые могут частично включать в себя искаженные подсистем (разрушенных).
Парадигма Федорова:
Если до уровня популяции все биосистемы являются объектами изучения различных фундаментальных и таксономических естественных наук, то именно экосистема является уникальным объектом изучения экологии.
ВЫВОДЫ.
1. Биосистема состоит из биотической компоненты определенного уровня организации.
2. Биосистема образуется в результате обмена веществом, энергией, информацией биотической компоненты с СО.
3. Все биосистемы иерархически ранжированы по степени организации вцелом, составляя единую структуру биосферы.
4.Ниодна биосистема не существует сама по себе. Каждая из них состоит из подсистем и является частью своей подсистемы.
5.В биосистемах более высокого уровня организации появляются качественно новые эмерджентные свойства, несводимые к совокупным свойствам подсистем низших уровней организаций.
6.Любая биосистема является открытой динамической системой.
2.2. Термодинамическое поведение биосистем
2.2.1 Характеристика основных термодинамических параметров
Энтальпия определяет тепловой эффект процесса:
,
–внутренняя
энергия;
–свободная
энергия.
Энергия Гиббса указывает направление протекания процесса:
–связанная
энергия.
Чем больше разница между свободной и связанной энергиями, тем большую часть свободной энергии можно перевести в работу. Чем больше количество связанной энергии, тем меньшую часть можно перевести в работу. Таким образом, эта разница и количество связанной энергии может быть мерилом качества и концентрации энергии.
Энтропия – изменение теплоты процесса при изменении температуры.
Чем
больше приращение энтропии, тем меньшую
часть энергии можно перевести в работу.
Энтропия, определяющаяся стандартным
образом, может характеризовать качество
и концентрацию энергии. Если
– положительное значение, т.е. энтропийный
фактор высок, то количество связанной
энергии высоко, количество свободной
энергии мало – энергия низкокачественная
и находится в рассеянной форме. Если
приращение энтропии имеет отрицательное
значение, то энтропийный фактор низок,
количество связанной энергии мало,
количество свободной энергии велико –
энергия высококачественная и
концентрированная.
Уравнение Больцмана определяет энтропию через состояние к числу способов реализации этого состояния.
Энтропия
служит характеристикой упорядоченности
системы. Чем более хаотично состояние
системы, тем большее значение энтропии.
Чем выше упорядоченность системы, тем
меньше значение энтропии. Процессы,
идущие с увеличением беспорядка,
характеризуются положительным приращением
энтропии. Процессы, идущие с увеличением
упорядоченности, характеризуются
отрицательным приращением энтропии.
Любые самопроизвольные процессы идут только в стороны беспорядка, упорядочности физические системы достигаются только путем приложения внешней работы. В случае если в системе проходят процессы ведущие к увеличению порядка, то значение энтропии уменьшается, а ее приращение имеет отрицательное значение. В случае если в системе проходят ведущие к хаосу значение энтропии увеличиваются, а ее приращение имеет достаточное положительное значение.
Таким образом, энтропийный фактор характеризует как степень упорядочности элементов в системе так и «качество» и «концентрацию» энергии, которая эта система может превратить в работу.