Тема 12. Синергетика. Организация и самоорганизация

Общее представление о синергетике. Концепции самоорганизации. Самоорганизация в живой и неживой природе.

3. Вопросы к зачету и экзамену

1. Предмет дисциплины "Концепции современного естествознания", основные проблемы этой дисциплины и методы их решения.

2. Антропный принцип и следствия из него. Особое положение и особая роль человечества во Вселенной.

3. Формы освоения реальности - образный (религия) и рациональный (наука); особенности и ограничения. Цели и задачи науки и ее роль в обеспечении устойчивости человечества.

4. Основные рациональные модели реальности и исторические периоды, с которыми они соотносятся. Творцы этих моделей реальности.

5. Устойчивость и стабильность: общее и различия между этими понятиями, их отношение к реальности. Энергетический аспект устойчивости. Вариационные принципы механики. Принцип наименьшего действия (принцип Мопертюи - Лагранжа).

6. Основные положения консервативной модели реальности (мир как консервативная система). С чем связано название этой модели?

7. Пространство в консервативной модели и реальное пространство.

8. Время в консервативной модели и реальное время; его основные аспекты.

9. Первый закон И. Ньютона. Форма представления устойчивости реальных объектов в консервативной модели.

10. Второй закон И. Ньютона. Причина инвариантности законов классической механики относительно инверсии времени.

11. Третий закон И. Ньютона. Механическое равновесие. Закон всемирного тяготения и устойчивость системы масс.

12. Проблема логической противоречивости движения (апории Зенона Элейского) и ее разрешение И. Ньютоном.

13. Относительность движения в консервативной модели; её проявление и причина. Принцип относительности Г. Галилея.

14. Проблема бесконечности Вселенной. Гравитационный парадокс. Фотометрический парадокс. Близкодействие и дальнодействие.

15. Завершение консервативной модели реальности в электродинамике. Закон Кулона.

16. Понятие о фазовом пространстве. Представление устойчивости объекта в фазовом пространстве.

17. Фазовый портрет математического маятника с закреплением подвеса в верхней точке. Колебания и способы их аналитического описания.

18. Фазовый портрет физического маятника с закреплением подвеса в верхней точке. Примеры аналогий.

19. Фазовый портрет физического маятника с закреплением подвеса в нижней точке. Примеры аналогий. Явление резонанса.

20. Диссипативная модель реальности. Закон распространения теплоты Фурье. Физический смысл температуры и ее градиента. Понятие потока энергии и его направление.

21. Сущность системного подхода. Понятие системы на примере термодинамической системы.

22. Классификации термодинамических систем: изолированные, закрытые и открытые. Локализованные и распределенные системы.

23. Параметры (независимые и зависимые) состояния. Экстенсивные и интенсивные величины. Уравнения состояния.

24. Фазовое пространство диссипативных систем. Фазовые диаграммы состояния однокомпонентных систем (вода и сера). Тройная точка. Критическая точка.

25. Первый закон термодинамики. Теплота, работа, внутренняя энергия, энтальпия. Функции состояния термодинамических систем. Функции процесса. Примеры.

26. Энтропия; её статистический смысл. Формула Больцмана. Термодинамическая вероятность.

27. Второй закон термодинамики. Энергия Гиббса. Энергия Гельмгольца. "Тепловая смерть" Вселенной.

28. Понятие времени в диссипативных системах. С какой функцией состояния связан исторический аспект времени? Информационный смысл внешнего воздействия.

29. Энергетический профиль процесса. Состояния стабильного и метастабильного термодинамических равновесий и их устойчивость. Лабильное состояние. Условия утраты устойчивости метастабильного состояния.

30. Тепловая теорема Нернста. Третий закон термодинамики (принцип недостижимости температуры абсолютного нуля).

31. Различия равновесных и неравновесных систем. Энтропийный критерий равновесия и условия его применения.

32. Условие равновесия гетерогенных систем. Химический потенциал и его физический смысл.

33. Принцип Ле Шателье для фазового и химического равновесий. Механизм устойчивости состояния равновесия.

34. Правило фаз Гиббса. Компонент, фаза и число степеней свободы гетерогенной физико-химической системы.

35. Критерий устойчивости состояния равновесия гетерогенных систем. Принцип максимального разнообразия и устойчивость.

36. Явление самоорганизации в неравновесных системах вдали от равновесия. Упорядочивающий смысл внешнего воздействия. Диссипативные структуры и условия их возникновения (на примере гидродинамического эффекта Бенара). Бифуркации.

37. Устойчивость неравновесных состояний вдали от равновесия. Устойчивость диссипативных структур.

38. Связь явления самоорганизации с гипотезой возникновения жизни. Самоорганизация и новации в системе. Синергетика.

39. Климатические последствия ядерной войны. Теория "ядерной зимы" Моисеева - Александрова - Тарко.

40. Глобальные проблемы человечества. Проект Римского клуба "Пределы роста" (Д. Медоуз и др.). Динамика сферы интересов человечества. Критерии устойчивости.

41. Теория этногенеза Л.Н. Гумилева и перспективы разрешения глобальных проблем человечества.