29. Самоорганизация в неживой природе.

Среди неживой природы, в качестве основных примеров самоорганизации синергетисты называют следующие пять:

1) Лазер. "Отягощенные энергией атомы стараются излучить лишнюю энергию, но начинают делать это согласованно, так как попадают под влияние волны первого из атомов, начавшего излучение".

2) Автоколебательные химические реакции типа Белоусова-Жаботинского. При взаимодействии нескольких веществ существует определенное соотношение их концентраций, вокруг которого кинетика реакции становится циклической: концентрация одного из реагентов то увеличивается, то уменьшается. При наличии красителя колебания визуализируются: красный, синий, красный, синий... При этом можно наблюдать регулярную структуру спиралей или цилиндров.

3. Тепловая конвекция. Если плоский сосуд с жидкостью накрыть крышкой так, что крышка вплотную накрывает жидкость, то при нагреве снизу в жидкости формируется система регулярно расположенных вихрей. Направление вращения двух соседних вихрей противоположно.

4. Равновесные фазовые переходы. К этому примеру самоорганизации относятся переходы типа "вода-лед" и др.: кристаллизация, испарение, плавление, переход ферромагнитного в парамагнитное, переход жидкого гелия в состояние сверхтекучести, переход материалов в сверхпроводящее состояние и т.п.

5. Разнообразные явления в твердом теле. Возникновение акустических колебаний под действием электрического поля (диод Ганна) и подобные явления.

30. Вероятностно-статистической характер законов квантовой

механики.

Принципиальное отличие квантовой физики от классической физики заключается прежде всего в том, что ее законы являются статистическими по своей природе, а предсказания имеют вероятностный характер. В классической механике, если заданы координаты и скорость тела, можно полностью описать его состояние в любой момент времени в будущем или прошлом. Соответственно этому предсказания здесь имеют вполне однозначный и достоверный характер.

В классических теориях, например в статистической физике, когда описывают поведение систем, состоящих из большого числа элементов, скажем молекул газа, также прибегают к статистическим методам. Но здесь статистика используется скорее по практическим, чем чисто теоретическим соображениям. Действительно, описывая поведение молекул газа в сосуде, мы в принципе могли бы по их начальному состоянию, т.е. координатам и скоростям, вычислить их состояние в любой момент времени, как это делается для отдельных частиц в механике. Однако ввиду огромного числа молекул газа такой метод оказывается практически не только невыгодным, но и неосуществимым. Поэтому здесь поступают так, как и в любом статистическом исследовании. Можно установить, например, какое количество молекул в среднем будет обладать некоторой скоростью V и, опираясь на эти данные, с определенной вероятностью предсказать, как будет вести себя система в дальнейшем. Следовательно, такой усредненный подход статистики используется в данном случае для облегчения решения задачи.

Совершенно иначе обстоит дело в квантовой физике, поскольку в ней все законы являются статистическими по своему характеру и вероятностными по результатам предсказаний. Это означает, что мы не можем точно предсказать, в какое именно место попадет, например, электрон в определенном эксперименте, какие бы совершенные средства наблюдения и измерения ни использовали. Можно лишь оценить его шансы попасть в определенное место, а следовательно, применить для этого понятия и методы теории вероятностей, которая служит для анализа неопределенных ситуаций. Независимо от того, описываем ли мы при этом движение отдельного электрона или целого их ансамбля, результат оказывается вероятностно-статистическим по своему характеру.

Подчеркивая это «очень важное различие между классической и квантовой механикой», видный американский физик Р. Фейнман признает, что «мы не умеем предсказывать, что должно было бы случиться в данных обстоятельствах». «Мало того, — добавляет он, — мы уверены, что это немыслимо: единственное, что поддается предвычислению, — это вероятность различных событий. Приходится признать, что мы изменили нашим прежним идеалам понимания природы. Может быть, это шаг назад, но никто не научил нас, как избежать его!"

Идеалом классической механики было стремление к точному и достоверному предсказанию изучаемых явлений и событий.

В самом деле, небесная механика, опираясь на этот принцип, дает на много лет вперед точные и достоверные прогнозы о солнечных и лунных затмениях, так же как и о прошлых затмениях.