4.18 Закономерности саморегуляции. Принципы универсального эволюционизма

Синергетика:

- область научных исследований коллективного поведения частей сложных систем, связанных с неустойчивостями и касающихся процессов самоорганизаций.

- является теорией самоорганизации в природных и социальных системах.

- междисциплинарная универсальная теория самоорганизации процессов самой разной природы. Возникла на стыке физики, биологии и других наук.

Самоорганизация:

- спонтанный переход от неупорядоченного состояния к упорядоченному за счет совместного, кооперативного действия многих подсистем.

- необратимый процесс спонтанного возникновения порядка и организации из хаоса и беспорядка в открытых неравновесных системах.

- при самоорганизации энтропия системы уменьшается за счет обмена энергией и веществом с окружающей средой.

Объектами исследования синергетики могут быть системы, которые удовлетворяют следующим необходимым условиям, т.е. системы должны быть:

- открытыми

- нелинейными

- диссипативными

- неравновесными

Нелинейные системы – это системы , для которых даже малые изменения в исходном состоянии приводят к быстронарастающему отклонению ее от исходного состояния. В этом проявляется неустойчивость системы.

Диссипативные системы – способные рассеивать (перераспределять) энергию. К диссипативным системам относится любой живой организм.

Неравновесные системы– системы в которых присутствуют неоднородность в пространстве того или иного макропараметра (например, наличие в системе перепадов температур, давления, концентрации химических веществ и др.) Признаками неравновесности системы является перетекание в ней потоков веществ, энергии и др.

Большинство реально существующих систем – это открытые неравновесные системы.

Процесс самоорганизации характеризуется переходом системы из одного состояния в принципиально новые более упорядоченные состояния. Для возникновения упорядочения в системах необходим приток энергии и ее диссипация в системе. За счет энергии поступившей извне возникает некая обобщенная движущая сила (например, перепад давления, перепад концентраций вещества и т.п.) Под действием этой силы система из равновесного или слаборавновесного состояния постепенно переходит к неравновесному состоянию, система становится нелинейной и возникшие флуктуации начинают играть все более заметную роль. В конце концов, наступает момент времени – точка бифуркации, когда система становится перед выбором одного из нескольких принципиально возможных состояний. Этот выбор возможных состояний носит непрогнозированный вероятностный характер.

После осуществления выбора, система становится более упорядоченной, по сравнению с исходной, а ее поведение прогнозируемой . Если движущая сила будет увеличиваться, то система может придти к новой точке бифуркации и т.д.

Точка бифуркации (точка ветвления) – критическое состояние системы, при котором она становится неустойчивой относительно флуктуаций и возникает неопределенность: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый более высокий уровень упорядоченности.

В масштабе Вселеннойсамоорганизация проявляется в эволюции космологических сильно неравновесных систем. Процессы самоорганизации имеют место и при формировании геологического облика Земли (геологическая эволюция).

Живой организм, биологический вид, популяция, экосистема и биосферапредставляют собой открытые системы, далекие от равновесия, которые характеризуются определенной упорядоченностью.

К процессам самоорганизации относятся:

- кооперативное поведение насекомых

- эффекты самодостраивания (регенерация живых тканей)

- интуиция в процессе мышления

- вся жизнь на Земле, а также ее возникновение.

Примерами самоорганизации могут служить:

- ячейки Бенара: возникновение упорядоченности в виде конвективных ячеек в форме цилиндрических валов или правильных шестигранных структур в слое вязкой жидкости с вертикальным градиентом температуры, т.е. равномерно подогреваемых снизу.

- реакция Белоусова-Жаботинского – класс химических реакций, протекающих в колебательном режиме, при котором некоторые параметры реакции (цвет, концентрация компонентов, температура и др.) изменяются периодически, образуя сложную пространственно-временную структуру реакционной среды.

- лазер(переход лазера в режим генерации) : при накачке энергии лазер работает как обычная лампа, причем микроскопические ячейки, подобно антеннам, излучают свет независимо друг от друга. При определенном значении энергии антенны начинают работать самостоятельно в одной фазе, что приводит к мощному излучению. Таким образом, происходит скачкообразный переход к новому качественному состоянию.

- возникновение кристалловв достаточно концентрированном растворе

Пороговый характер (внезапность) явлений самоорганизации:

К закономерностям самоорганизации в любой системе относится внезапность, быстрота формирования диссипативной структуры,т.к.развитие кризисной ситуации достигается быстрым переходом диссипативной системы на новый более высокий уровень упорядоченности.

При самоорганизации происходит;

- синхронизация частей системы

- понижение энтропии системы

- повышение энтропии окружающей систему среды

Универсальный эволюционизм, его причины (положения):

- все существует в развитии

-развитие есть чередование медленных количественных и быстрых качественных изменений (бифуркаций)

- законы природы как принцип отбора допустимых состояний из всех мыслимых

- фундаментальная и неустранимая роль случайности и неопределенности

- непредсказуемость пути выхода из точки бифуркации : прошлое влияет на настоящее и будущее, но не предопределяет его

- устойчивость и надежность природных систем, как результат их постоянного обновления

- эволюция Вселенной и ее структур обусловлены ее собственными законами, действующими объективно и познаваемыми рационально

- Вселенная существует и может существовать лишь в развитии

Приведем несколько положений, следующих из вышеизложенного :

- общие закономерности самоорганизации изучают синергетика, неравновесная термодинамика

- примерами самоорганизации систем могут служить:

а) возникновение кристаллов

б) генерация лазерного излучения

в) возникновение ячеек Бенара

г) колебательные реакции Белоусова-Жаботинского

д) популяции

е) планета Земля ( геологическая эволюция)

- в точке бифуркации:

а) система пребывает в критическом состоянии, переход из которого осуществляется скачком

б) неоднозначен выбор пути дальнейшего развития

- поведение системы вблизи точки бифуркации:

а) по мере приближения к точке бифуркации флуктуации в системе нарастают

б) элементы возникающие в точке бифуркации упорядоченной структуры формируются из флуктуаций, случайно возникших до точки бифуркации

- состояние, когда человек тяжело болен и имеются варианты развития: либо выздороветь либо умереть, либо болезнь примет хроническую форму – и есть точка бифуркации

- в ходе самоорганизации системы:

а) в системе происходит превращения хаоса в порядок и энтропия системы уменьшается

б) в окружающей среде системы увеличивается беспорядок и ее энтропия возрастает