Bilety_KSE (1)

Экспериментальные исследования электромагнитных явлений показали несоответствие концепции дальнодействия физическому опыту. Кроме того, она находится в противоречии с постулатом специальной теории относительности, в соответствии с которым скорость передачи взаимодействий тел ограничена и не должна превышать скорость света в вакууме.

Было доказано, что взаимодействие электрически заряженных тел осуществляется не мгновенно и перемещение одной заряженной частицы приводит к изменению сил, действующих на другие частицы, не в тот же момент, а лишь спустя конечное время. Каждая электрически заряженная частица создает электромагнитное поле, действующее на другие заряженные частицы, т. е. взаимодействие передается через "посредника" — электромагнитное поле. Скорость распространения электромагнитного поля равна скорости света в пустоте — примерно 300 000 км/с. Это и составляет сущность новой концепции — концепции близкодействия,которая распространяется не только на электромагнитное, но и на другие виды взаимодействий.

Не уверена. Но более ни чего не нашла.

Когда таких аномалий накапливается достаточно много, прекращается нормальное течение науки и наступает состояние кризиса, которое разрешается научной революцией, приводящей к ломке старой и созданию новой научной теории — парадигмы. Кун считает, что выбор теории на роль новой парадигмы не является логической проблемой: «Ни с помощью логики, ни с помощью теории вероятности невозможно переубедить тех, кто отказывается войти в круг. Логические посылки и ценности, общие для двух лагерей при спорах о парадигмах, недостаточно широки для этого. Как в политических революциях, так и в выборе парадигмы нет инстанции более высокой, чем согласие соответствующего сообщества» . На роль парадигмы научное сообщество выбирает ту теорию, которая, как представляется, обеспечивает «нормальное» функционирование науки. Смена основополагающих теорий выглядит для ученого как вступление в новый мир, в котором находятся совсем иные объекты, понятийные системы, обнаруживаются иные проблемы и задачи: «Парадигмы вообще не могут быть исправлены в рамках нормальной науки. Вместо этого нормальная наука в конце концов приводит только к осознанию аномалий и к кризисам. А последние разрешаются не в результате размышления и интерпретации, а благодаря в какой-то степени неожиданному и неструктурному событию, подобно переключению гештальта. После этого события ученые часто говорят о «пелене, спавшей с глаз», или об «озарении», которое освещает ранее запутанную головоломку, тем самым приспосабливая ее компоненты к тому, чтобы увидеть их в новом ракурсе, впервые позволяющем достигнуть ее решения».

Таким образом, научная революция как смена парадигм не подлежит рационально-логическому объяснению, потому что суть дела в профессиональном самочувствии научного сообщества: либо сообщество обладает средствами решения головоломки, либо нет — тогда сообщество их создает. Мнение о том, что новая парадигма включает старую как частный случай, Кун считает ошибочным. Кун выдвигает тезис о несоизмеримости парадигм. При изменении парадигмы меняется весь мир ученого, так как не существует объективного языка научного наблюдения. Восприятие ученого всегда будет подвержено влиянию парадигмы. По-видимому, наибольшая заслуга Т. Куна состоит в том, что он нашел новый подход к раскрытию природы науки и ее прогресса. В отличие от К. Поппера, который считает, что развитие науки можно объяснить исходя только из логических правил, Кун вносит в эту проблему «человеческий» фактор, привлекая к ее решению новые, социальные и психологические мотивы. Книга Т. Куна породила множество дискуссий, как в советской, так и западной литературе. Одна из них подробно анализируется в статье , которая будет использована для дальнейшего обсуждения. По мнению авторов статьи, острой критике подверглись как выдвинутое Куном понятие «нормальной науки», так и его интерпретация научных революций. В критике понимания Куном «нормальной науки» выделяются три направления. Во-первых, это полное отрицание существования такого явления как «нормальная наука» в научной деятельности. Этой точки зрения придерживается Дж.

Либо:

Представления о свойствах и особенностях окружающей нас природы возникают на основе тех знаний, которые в каждый исторический период дают нам разные науки, изучающие различные процессы и явления природы.

Поскольку природа представляет собой нечто единое и целое, постольку и знания о ней должны иметь целостный характер, т.е. представлять собой определенную систему. Такую систему научных знаний о природе издавна называют естествознанием. Раньше в естествознание входили все сравнительно немногочисленные знания, которые были известны о природе, но уже с эпохи Возрождения возникают и обособляются отдельные его отрасли и дисциплины, начинается процесс дифференциации научного знания. Ясно, что не все эти знания являются одинаково важными для понимания природы.

Чтобы подчеркнуть фундаментальный характер основных и важнейших знаний о природе, ученые ввели понятие научной картины мира, под которой понимают систему важнейших принципов и законов, лежащих в основе окружающего нас мира. Сам термин "картина мира" указывает, что речь идет здесь не о части или фрагменте знания, а о целостной системе. Как правило, в формировании такой картины наиболее важное значение приобретают концепции и теории, наиболее развитых в определенный исторический период отраслей естествознания, которые выдвигаются в качестве его лидеров. Не подлежит сомнению, что лидирующие науки накладывают свою печать на представления и научное мировоззрение ученых соответствующей эпохи. Но это отнюдь не означает, что другие науки не участвуют в формировании картины природы. В действительности она возникает как результат синтеза фундаментальных открытий и результатов исследования всех отраслей и дисциплин естествознания.

Существующая картина природы, рисуемая естествознанием, в свою очередь оказывает воздействие на другие отрасли науки, в том числе и социально-гуманитарные. Такое воздействие выражается в распространении концепций, стандартов и критериев научности естествознания на другие отрасли научного познания. Обычно именно концепции и методы наук о природе и научная картина мира в целом в значительной степени определяют научный климат эпохи. В теснейшем взаимодействии с развитием наук о природе начиная с XVI в. развивалась математика, которая создала для естествознания такие мощные математические методы, как дифференциальное и интегральное исчисления.

Однако без учета результатов исследования экономических, социальных и гуманитарных наук наши знания о мире в целом будут заведомо неполными и ограниченными. Поэтому следует различать научную картину мира, которая формируется из достижений и результатов познания наук о природе, и картину мира в целом, в которую в качестве необходимого дополнения входят важнейшие концепции и принципы общественных наук.

Врамках дисциплины "Концепции современного естествознания" рассматривается научная картина природы такой, какой она исторически сформировалась в процессе развития естествознания. Однако еще до появления научных представлений о природе люди задумывались об окружающем их мире, его строении и происхождении. Такие представления вначале выступали в форме мифов и передавались от одного поколения к другому. Согласно древнейшим мифам, весь видимый упорядоченный и организованный мир, который в античности назывался космосом, произошел из дезорганизованного мира, или неупорядоченного хаоса.

Вантичной натурфилософии, в частности у Аристотеля (384 — 322 до н. э.), подобные взгляды нашли свое отражение в делении мира на совершенный небесный космос и несовершенный земной мир. Сам термин "космос" обозначал у древних греков всякую упорядоченность, организацию, совершенство, согласованность и даже военный строй. Именно такое совершенство и организованность приписывались небесному миру.

С появлением экспериментального естествознания и научной астрономии в эпоху Возрождения была показана явная несостоятельность подобных представлений. Новые взгляды на окружающий мир стали основываться на результатах и выводах естествознания соответствующей эпохи и стали, поэтому называться научной картиной мира.

Одной из первых возникла механистическая картина мира, поскольку изучение природы началось с анализа простейшей формы движения материи — механического перемещения тел. Становление механистической картины мира справедливо связывают с именем Галилео Галилея, который установил законы движения свободно падающих тел и сформулировал механический принцип относительности. Но главная заслуга Галилея в том, что он впервые применил для исследования природы экспериментальный метод вместе с измерениями исследуемых величин и математической обработкой результатов измерений. Если эксперименты спорадически ставились и раньше, то математический их анализ впервые систематически стал применять именно он. Новое экспериментальное естествознание в отличие от натурфилософских догадок и умозрений прошлого стало развиваться в тесном взаимодействии теории и опыта, когда каждая гипотеза или теоретическое предположение систематически проверяются опытом и измерениями. Именно благодаря этому Галилею удалось опровергнуть прежнее предположение, высказанное еще Аристотелем, что путь падающего тела пропорционален его скорости. Предприняв эксперименты с

падением тяжелых тел (пушечных ядер), Галилей убедился, что этот путь пропорционален их ускорению, равному 9,81метру в секунду за секунду.

Из астрономических достижений Галилея следует отметить открытие спутников Юпитера, а также обнаружение пятен на Солнце и гор на Луне, что подрывало прежнюю веру в совершенство небесного космоса.

Новый крупный шаг в развитии естествознания ознаменовался открытием законов движения планет. Если Галилей имел дело с изучением движения земных тел, то немецкий астроном Иоганн Кеплер (1571—1630) осмелился исследовать движения небесных тел, вторгся в область, которая раньше считалась запретной для науки.

Формирование классической механики и основанной на ней механистической картины мира происходило по двум направлениям:

1)обобщение полученных ранее результатов и прежде всего законов движения свободно падающих тел, открытых Галилеем, а также законов движения планет, сформулированных Кеплером;

2)создание методов для количественного анализа механического движения в целом. Известно, что Ньютон создал свой вариант дифференциального и интегрального исчисления непосредственно для решения основных проблем механики: определения мгновенной скорости как производной от пути по времени движения и ускорения как производной от скорости по времени или второй производной от пути по времени. Благодаря этому ему удалось точно сформулировать основные законы динамики и закон всемирного тяготения.

Теперь количественный подход к описанию движения кажется чем-то само собой разумеющимся, но в XVIII в. это было крупнейшим завоеванием научной мысли. Для сравнения достаточно отметить, что китайская наука, несмотря на ее несомненные достижения в эмпирических областях (изобретение пороха, бумаги, компаса и другие открытия), так и не смогла подняться до установления количественных закономерностей движения. Решающую же роль в становлении механики сыграл, как уже отмечалось, экспериментальный метод, который обеспечил возможность проверять все догадки, предположения и гипотезы с помощью тщательно продуманных опытов. Уже в прошлом веке физики дополнили механистическую картину мира электромагнитной. Электрические и магнитные явления были известны им давно, но изучались обособленно друг от друга. Дальнейшее их исследование показало, что между ними существует глубокая взаимосвязь, что заставило ученых искать эту связь и создать единую электромагнитную теорию.

Датский ученый Эрстед (1777—1851), поместив над проводником, по которому идет электрический ток, магнитную стрелку, обнаружил, что она отклоняется от первоначального положения. Это привело ученого к мысли, что электрический ток создает магнитное поле. Позднее английский физик Майкл Фарадей (1791 — 1867), вращая замкнутый контур в магнитном поле, открыл, что в нем возникает электрический ток.

На основе опытов Фарадея и других ученых английский физик Джеймс Клерк Максвелл (1831 — 1879) создал свою электромагнитную теорию. Таким путем было показано, что в мире существует не только вещество в виде тел, но и разнообразные физические поля. Одно из них было известно и во времена Ньютона и теперь называется гравитационным полем, а раньше рассматривалось просто как сила притяжения, возникающая между материальными телами.

После того как объектом изучения физиков наряду с веществом стали разнообразные поля, картина мира приобрела более сложный характер. Тем не менее, это была картина классической физики, которая изучала знакомый нам макромир. Положение коренным образом изменилось, когда ученые перешли к исследованию процессов в микромире. Здесь их ожидали новые необычайные открытия и явления.

В конце прошлого и начале нынешнего века в естествознании были сделаны крупнейшие открытия, которые коренным образом изменили наши представления о картине мира. Прежде всего, это открытия, связанные со строением вещества, и открытия взаимосвязи вещества и энергии. Если раньше последними неделимыми частицами материи, своеобразными кирпичиками, из которых состоит природа, считались атомы, то в конце прошлого века были открыты электроны, входящие в состав атомов. Позднее было установлено строение ядер атомов, состоящих из протонов (положительно заряженных частиц) и нейтронов (лишенных заряда частиц).

Еще более радикальные изменения в учении о пространстве и времени произошли в связи с созданием общей теории относительности, которую нередко называют новой теорией тяготения, принципиально отличной от классической ньютоновской теории. Эта теория впервые ясно и четко установила связь между свойствами движущихся материальных тел и их пространственновременной метрикой. Теоретические выводы из нее были экспериментально подтверждены во время наблюдения солнечного затмения.

Согласно предсказаниям этой теории, луч света, идущий от далекой звезды и проходящий вблизи Солнца, должен отклониться от своего прямолинейного пути и искривиться, что и было подтверждено наблюдениями. Общая теория относительности показала глубокую связь между

движением материальных тел, а именно тяготеющих масс и структурой физического пространства - времени.

Революционные преобразования в естествознании означают коренные, качественные изменения в концептуальном содержании его теорий, учений и научных дисциплин. Эти преобразования показали, что развитие науки отнюдь не сводится к простому накоплению и даже обобщению фактов, т. е. к тому, что называют кумулятивным процессом. Факты всегда стремятся объяснить с помощью гипотез и теорий. В каждый определенный период выдвигается наиболее общая или фундаментальная теория, которая служит парадигмой, или образцом для объяснения фактов известных и предсказания фактов неизвестных. Такой парадигмой в свое время служила теория движения земных и небесных тел, построенная Ньютоном, поскольку на нее опирались все ученые, изучавшие конкретные механические процессы. Точно так же все исследователи, изучавшие электрические, магнитные, оптические и радиоволновые процессы, основывались на парадигме электромагнитной теории, которую построил Д.К. Максвелл.

Понятие парадигмы, которое ввел американский ученый Томас Кун (1922—1996) для анализа научных революций, подчеркивает важную их особенность - смену прежней парадигмы новой, переход к более общей и глубокой теории исследуемых процессов. Однако Т.Кун оставил без объяснения и анализа вопрос о формировании самой парадигмы. По его мнению, развитие науки можно разделить на два этапа:

-нормальный, когда ученые заняты применением парадигмы к решению конкретных проблем частного, специального характера (так называемых головоломок);

-экстраординарный, связанный с поиском новой парадигмы.

При таком подходе новая парадигма оказывается никак не связанной с прежними исследованиями и поэтому ее возникновение остается необъясненной. В действительности же, как видно из примеров аномальных фактов, т. е. фактов, противоречащих парадигме, процесс анализа, критического осмысления и оценки существующей парадигмы происходит уже на стадии нормальной науки. Поэтому резкое и тем более абсолютное противопоставление указанных этапов развития науки — совершенно необоснованно, и оно встретило убедительную критику со стороны многих видных ученых.

Билет № 17. Статистические и термодинамические свойства макросистем.

Развитие представлений о природе тепловых явлений и свойств макросистем. Вокруг нас происходят явления, внешне весьма косвенно связанные с механическим движением. Это явления, наблюдаемые при изменении температуры тел, представляющих собой макросистемы, или при переходе их из одного состояния (например, жидкого) в другое (твердое либо газообразное). Такие явления называются тепловыми. Тепловые явления играют огромную роль в жизни людей, животных и растений. Изменение температуры на 20-30° С при смене времени года меняет все вокруг нас. С наступлением весны природа преображается, леса и луга зеленеют. От температуры окружающей среды зависит возможность жизни на Земле. Люди добились относительной независимости от окружающей среды после того как научились добывать и поддерживать огонь. Это было одним из величайших открытий, сделанных на заре развития человечества.

История развития представлений о природе тепловых явлений -пример того, каким сложным и противоречивым путем постигают научную истину.

Многие философы древности рассматривали огонь и связанную с ним теплоту как одну из стихий, которая наряду с землей, водой и воздухом образует все тела. Одновременно предпринимались попытки связать теплоту с движением, так как было замечено, что при соударении тел или трении друг о друга они нагреваются.

Первые успехи на пути построения научной теории теплоты относятся к началу XVII в., когда был изобретен термометр и появилась возможность количественного исследования тепловых процессов и свойств макросистем.

Вновь был поставлен вопрос о том, что же такое теплота. Наметились две противоположные точки зрения. Согласно одной из них - вещественной теории тепла - теплота рассматривалась как особого рода невесомая "жидкость", способная перетекать от одного тела к другому. Эта жидкость была названа теплородом. Чем больше теплорода в теле, тем выше температура тела.

Согласно другой точке зрения теплота - это вид внутреннего движения частиц тела. Чем быстрее движутся частицы тела, тем выше его температура.

Таким образом, представление о тепловых явлениях и свойствах связывалось с атомистическим учением древних философов о строении вещества. В рамках таких представлений теорию тепла первоначально называли корпускулярной, от слова "корпускула" (частица). Ее придерживались ученые: Ньютон, Гук, Бойль, Бернулли.

Большой вклад в развитие корпускулярной теории тепла сделал великий русский ученый М.В. Ломоносов. Он рассматривал теплоту как вращательное движение частиц вещества. С помощью своей теории он объяснил в общем процессы плавления, испарения и теплопроводности, а также пришел к выводу о существовании "наибольшей или последней степени холода", когда движение частичек вещества прекращается. Благодаря работам Ломоносова среди русских ученых было очень мало сторонников вещественной теории теплоты.

Но все же, несмотря на многие преимущества корпускулярной теории теплоты, к середине XVIII в. временную победу одержала теория теплорода. Это произошло после того, как экспериментально было доказано сохранение теплоты при теплообмене. Отсюда был сделан вывод о сохранении (неуничтожении) тепловой жидкости - теплорода. В вещественной теории было введено понятие теплоемкости тел и построена количественная теория теплопроводности. Многие термины, введенные в то время, сохранились и сейчас.

В середине XIX в. была доказана связь между механической работой и количеством теплоты. Подобно работе количество теплоты оказалось мерой изменения энергии. Нагревание тела связано не с увеличением в нем количества особой невесомой "жидкости", а с увеличением его энергии. Принцип теплорода был заменен гораздо более глубоким законом сохранения энергии. Было установлено, что теплота представляет собой форму энергии.

Значительный вклад в развитие теорий тепловых явлений и свойств макросистем внесли немецкий физик Р. Клаузиус (1822-1888), английский физик-теоретик Дж. Максвелл, австрийский физик Л. Больцман (18441906) и другие ученые.

Термодинамическое и статистическое описание свойств макросистем. Открытие закона сохранения энергии способствовало развитию двух качественно различных, но взаимно дополняющих методов исследования тепловых явлений и свойств макросистем: термодинамического и статистического (молекулярно-кинетического). Первый из них лежит в основе термодинамики, второй - молекулярной физики.

Термодинамика представляет собой науку о тепловых явлениях, в которой не учитывается молекулярное строение тел. В термодинамике тепловые явления описываются с помощью величин, регистрируемых приборами, не реагирующими на воздействие отдельных молекул (термометр, манометр и др.). Все законы термодинамики относятся к телам, число молекул которых огромно. Такие тела называют макроскопическими. Они образуют макросистемы. Газ в баллоне, вода в стакане, песчинка, камень, стальной стержень и т.п. - все это примеры макросистем.

Основа термодинамического метода - определение состояния термодинамической системы, представляющей собой совокупность макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией как между собой, так и с другими телами (внешней средой). Состояние системы задается термодинамическими параметрами (параметрами системы), характеризующими ее свойства. Обычно в качестве термодинамических параметров состояния выбирают температуру, давление и удельный объем (объем единицы массы).

Температура - физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. В соответствии с решением XI Генеральной конференции по мерам и весам (1960 г.) в настоящее время рекомендовано применять только две температурные шкалы - термодинамическую и Международную практическую, градуированные соответственно в Кельвинах (К) и градусах Цельсия (°С). Анализ показывает, что 0 К (абсолютный нуль) недостижим, хотя приближение к нему сколь угодно близко возможно.

К концу XIX в. была создана последовательная теория поведения больших общностей атомов и молекул. - молекулярно-кинетическая теория, или статистическая механика. Многочисленными опытами была доказана справедливость этой теории.

Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются результатом совокупного действия огромного числа молекул. Поведение громадного числа молекул анализируется с помощью статистического метода, который основан на том, что свойства макроскопической системы в конечном результате определяются свойствами частиц систем, особенностями их движения и усредненными значениями кинетических и динамических характеристик этих частиц (скорости, энергии, давления и т. д.). Например, температура тела определяется скоростью беспорядочного движения его молекул, но так как в любой момент времени разные молекулы имеют различные скорости, то она может быть выражена только через среднее значение скорости движения молекул. Нельзя говорить о температуре одной молекулы. Макроскопические характеристики тел имеют физический смысл лишь в случае большого числа молекул.

После создания молекулярной физики термодинамика не утратила своего значения. Она помогает понять многие явления и с успехом применяется при расчетах многих важных

В современном обществе особенно возросла роль новых научных направлений. Новые информационные технологии и средства вычислительной техники, достижения генной инженерии

ибиотехнологии изменяют материальное состояние цивилизации и уклад нашей жизни. Радикально меняется и сама система научного познания – человек всегда стремился постичь

природу сложного, сейчас горизонт научного познания расширился до невообразимых размеров и наука вышла на уровень изучения процессов, которые происходят за время ~ 10-23 с и расстояниях ~10-15 см, а на другом конце (космология и астрофизика) изучают процессы, происходящие за время ~1018 с и на расстояниях ~1028 см (возраст и радиус Вселенной). Во Вселенной большинство реальных объектов рассматриваются как открытые системы – это значит, что они обмениваются энергией, веществом и информацией с окружающей средой.

Сейчас идеи глобальной эволюции, движущие силы эволюции любых объектов нашего мира претендует описать новое научное направление (появившееся в 70-х гг. XX в.) – синергетика (в пер. с древнегреч. – содействие, соучастие). Начало новой дисциплине – синергетике, положило выступление Германа Хакена в 1973 г. на первой конференции, посвященной проблемам самоорганизации. Самоорганизация мыслится как глобальный эволюционный процесс. Синергетика рассматривается как теория сложных самоорганизующихся систем, как новое междисциплинарное исследование, являющееся по существу научным рубежом современного естествознания.

Синергетика – оказалась востребованной в современном естествознании для обоснования наметившейся тенденции глобального эволюционного синтеза всех естественно-научных дисциплин, которую сдерживает разительная асимметрия процессов деградации и развития в живой и неживой природе.

Появилась же синергетика как результат исследований в области нелинейного (выше второго порядка) математического моделирования сложных открытых систем. Нелинейным открытым системам присуще свойство самоорганизации или самоусложнения, они гораздо богаче закрытых, линейных систем. Именно синергетика открывает для точного, количественного математического исследования такие стороны мира, как его нестабильность, многообразие путей изменения и развития, позволяет моделировать катастрофические ситуации и т.п.

Методами синергетики было осуществлено моделирование многих сложных самоорганизующихся систем: например, от молекулярной физики и автоколебательных процессов в химии до эволюции

икосмологических процессов.

Основной вопрос синергетики – существуют ли общие закономерности, управляющие возникновением самоорганизующихся систем, их структур и функций. Один из основоположников синергетики Г. Хакен определяет понятие самоорганизующейся системы следующим образом: «Мы называем систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную или функциональную структуру. Под специфическим внешним воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру или функционирование. В случае же самоорганизующихся систем испытывается извне неспецифическое воздействие….».

Основные свойства самоорганизующихся систем – открытость, нелинейность, диссипативность (от латинского – dissipatio – разгонять; рассеивать свободную энергию).

Открытые системы – это необратимые системы с факторами времени, случайности, закономерных

ифлуктуационных процессов, которые поддерживаются в определенном состоянии за счет непрерывного притока извне вещества, энергии и информации, необходимого для существования неравновесных систем, неизбежно стремящихся к однородному равновесному состоянию. Нелинейные системы – это неравновесные системы с избирательным характером реакции на внешние воздействия среды, со способностью активно воспринимать различия во внешней среде

и«учитывать» их в своем функционировании на основе положительной обратной связи и скачкообразным характером поведения, приводящим к радикальному качественному изменению системы.

Диссипативные системы – это такие открытые системы, по которым рассеиваются возмущения, и в которых при больших отклонениях от равновесия возникают упорядоченные состояния; это системы с необычной чувствительностью к всевозможным воздействиям и в связи с этим сильно неравновесные; это особое динамическое состояние неравновесной системы с определенным параметром порядка, заключающееся в своеобразном макроскопическом проявлении процессов, протекающих на микроуровне, с явно выраженным качественным отличием от того, что происходит с каждым отдельным ее микроэлементом и благодаря чему, могут спонтанно возникать новые типы структур, совершаться переходы от хаоса и беспорядка к порядку и организации, возникать новые динамические состояния материи.

Таким образом, диссипация как процесс затухания движения, рассеяние энергии, информации играет конструктивную роль в образовании структур в открытых системах и в большинстве случаев реализуется как переход избыточной энергии в тепло, но для нелинейных систем с диссипацией практически невозможно предсказать конкретный путь развития такой системы, так как реальные

начальные условия никогда не могут быть заданы точно, а точки бифуркации даже при малых возмущениях могут сильно изменить ход событий.

Главная идея синергетики – это идея о принципиальной возможности спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации.

Она доказывает, что даже в «неживой» или неорганической природе существуют классы систем, способных к самоорганизации. На языке математики и физики – история развития природы – это история образования все более и более сложных нелинейных, открытых и диссипативных систем.

http://www.studfiles.ru/preview/518222/page:3/

Уровни самоорганизации в природе. Необходимые условия самоорганизации открытых систем.

Уровни самоорганизации в природе:

Космологический - происхождение вещества из вакуума, появление барионной ассиметрии, разделение различных типов фундаментальных взаимодейтсвий, формирование протонов и нейтронов, формирование атомов водорода и гелия, первичный нуклеосинтез, разделение атомов вещеста и электромагнитного излучения.

Астрофизический - формирование галактик, звезд и планетных систем, звездный нуклеосинтез, образование в космосе простейших молекул вплоть до органических.

Геофизический - формирование и эволюция литосферы, гидросферы и атмосферы Земли как благоприятного резервуара для появления сложных органических молекул.

Химический и биохимический - химическая и биохимическая эволюция молекул и молекулярных агрегатов.

Биологический - биологическая эволюция от появления первых клеток до высших животных и человека, формирование и развитие общего в биосфере.

Социальный - социальная эволюция как историческое развитие различных форм человеческих сообществ от первобытных племен до современной всемирной цивилизации.

Психический и интеллектуальный - психическая и интеллектуальная эволюция от появления языка и письменности, мифологии ирелигии до современного состояния единой мировой науки; попытки формирования ноосферы.

Необходимые условия самоорганизации:

Открытость системы(взаимодействие с другими системами, с окружающей средой): обмен энергией, обмен веществом, обмен информацией при деградации.

Формирование циклических процессов.

Принцип колыбели. Самоорганизация не происходит везде, а лишь в отдельных, особо сложных частях. Система должна быть погружена в другую систему, более большую ( как бы в колыбели). Нет равноправия. Характер самоорганизации - глобальность деградации и локальность самоорганизации.

Достаточно длительный срок. Системе проще ничего не делать, чем что-то делать. Система обычно находится в состоянии динамического равновесия, т.е. проходят какие-то процессы в системе, но в общем она не изменяется.

Система должна быть достаточно далека от состояния термодинамического равновесия. Иначе больше вероятность деградации, чем самоорганизации.

ИЛИ СТАТЬЯ: САМООРГАНИЗАЦИЯ И СИНЕРГЕТИКА» А.П. РУДЕНКО

Рассмотрена физическая сущность явления самоорганизации на основе двух подходов, связывающих эту сущность с диссипацией (И. Пригожий и его последователи) или же с внутренней полезной работой против равновесия (концепция эволюционного катализа автора статьи). Показано, что самоорганизация (неравновесное упорядочение) является одним из двух фундаментальных элементарных процессов природы, различающихся по их физическим принципам. При неравновесном упорядочении степень неравновесия возрастает и затрачивается энергия, а при равновесном упорядочении (организации) степень неравновесия уменьшается и энергия выделяется. Оба процесса взаимосвязаны и имеют разную видимую долю проявлений в сложных явлениях. Показано, что существуют два типа самоорганизации: континуальный для индивидуальных (микро-) систем и когерентный для коллективных (макро-) открытых систем; прогрессивная эволюция с естественным отбором возможна только как саморазвитие континуальной самоорганизации индивидуальных систем

А. П. Руденко — д. хим. н., профессор МГУ им. М.В. Ломоносова

Рассмотрена физическая сущность явления самоорганизации на основе двух подходов, связывающих эту сущность с диссипацией (И. Пригожий и его последователи) или же с внутренней полезной работой против равновесия (концепция эволюционного катализа автора статьи). Показано, что самоорганизация (неравновесное упорядочение) является одним из двух фундаментальных элементарных процессов природы, различающихся по их физическим принципам. При неравновесном упорядочении степень неравновесия возрастает и затрачивается энергия, а при равновесном упорядочении (организации) степень неравновесия уменьшается и энергия выделяется. Оба процесса взаимосвязаны и имеют разную видимую долю проявлений в сложных явлениях. Показано, что существуют два типа самоорганизации: континуальный для индивидуальных (микро-) систем и когерентный для коллективных (макро-) открытых систем; прогрессивная эволюция с естественным отбором возможна только как саморазвитие континуальной самоорганизации индивидуальных систем.

Рассмотрена современная ситуация с наукой о самоорганизации. Показаны ограниченность определения этой науки как синергетики по Хакену и возможные пути решения вопроса. Указаны нежелательные тенденции развития современной синергетики, приводящие либо к утрате предмета этой науки, либо к утрате научного статуса этой области.

1. Неуниверсальность второго закона термодинамики и новая парадигма естествознания

Вывод Р. Клаузиуса и В. Томпсона о неизбежности тепловой смерти вселенной при постулировании второго закона термодинамики как универсального закона природы никого не оставил равнодушным. С одной стороны, если признать энтропийный принцип осуществления всех самопроизвольных процессов природы за единственный, то с таким выводом нужно просто смириться, оставаясь на позициях классической науки. С другой стороны, такой вывод делает наше представление о мире каким–то однобоким, скучным, мертвым, оторванным от «радостей действительной жизни», которые он явно игнорирует. Такой вывод вызывает протест как любое формальное, бездушное отношение к «живому» делу. Неудовлетворенность энтропийным принципом в связи с его явными противоречиями с явлениями жизни среди ученых существовала всегда.

Сомнение высказывал Г. Гельмгольц. О существовании физического закона, противоположного второму закону термодинамики, говорили С.А. Подолинский (1880), Н.А. Умов (1901), К.А. Тимирязев (1903), К.Э. Циолковский [1], М. Планк [2], Дж. Льюис [3], Э. Шредингер [4], И.И. Гвай [5]. О неприменимости второго начала к биологии высказывались В.И. Вернадский [6], Дж. Бернал [7], А.А. Гухман [8], В. Байер [9], К.С. Тринчер [10]. Все чаще находились примеры явлений, находившихся в противоречии с энтропийным принципом осуществления процессов. Не говоря уже о жизни и явлениях, связанных с нею, а также более сложных, чем жизнь психосоциальных явлениях, в природе обнаруживались более простые, чем жизнь, процессы, которые с точки зрения всеобщности энтропийного принципа, выглядели «странными» и парадоксальными. Это явление различных флуктуаций и факты действительного осуществления многих обратимых процессов, процессы самоорганизации и саморазвития неравновесных открытых систем с «антиэнтропийным» характером протекания. Дискуссия о всеобщности или ограниченности действия второго закона и его приложимости к живым организмам, особенно активно проводившаяся в середине XX века [11–21] ничего определенного не дала и оставила главный вопрос открытым. Ибо в этой дискуссии под прессом наиболее распространенного мнения о всеобщности второго закона подбирались доказательства о его применимости и ко всему