Материалы сайта
Это интересно
Концепции современного естествознания (КСЕ)
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 l (лямбда). Рассмотрим диаграмму (X,l). Оказывается, что при малых l существует одно решение, характеризующее термодинамически устойчивое состояние, а при больших l - существует два устойчивых состояния с разными значениями X. Переход к новому состоянию при lкр под действием флуктуации называется явлением бифуркации.
Точка бифуркации и современное состояние.