Эволюционная (диссипативная) картина мира

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эволюционная (диссипативная) картина мира

Основные положения

Данная модель смотрит на объекты исследования, как на системы.

Система - это совокупность объектов, или процессов, функционально связанных между собой, мысленно или реально выделенных из окружающей среды в одно целое.

Целостность - главное свойство системы, отражающее согласованность всех её элементов. Если нарушается целостность - снижается степень устойчивости системы (человек теряет ногу - снижается физическая, финансовая, моральная устойчивость).

Иерархичность (дискретность) - свойство, характеризующее способность системы структурно подразделяться на подуровни (слои). Многоуровневой структурой обычно характеризуются сложные, например, биологические системы (так, человека можно разложить структурно на органы, далее - на ткани, далее - на клетки и т. д.).

Аддитивность - свойство системы, выражающееся в том, что определенное качество системы численно определяется как сумма подобных качеств всех ее составных элементов(суммарная энергия всей системы равна сумме энергий всех ее элементов).

Интегративность - свойство системы, заключающееся в появлении качественно новых качеств, отличных от качеств ее структурных элементов (например, свойства воды отличаются от свойств составляющих ее атомов водорода и кислорода).

Классификация систем

(по характеру взаимодействия с окружающей средой)

· Изолированные (замкнутые)- не обмениваются ни энергией, ни веществом (в природе нет).

· Закрытые - обмен только энергией (термос с водой, консервы);

· Открытые - обмен и энергией, и веществом (биологические живые системы, физико-химические системы в открытых условиях, социальные системы (коллектив).

Классификация систем

(по ограничению во времени и в пространстве)

· распределенные - неограниченные (Вселенная, Интернет и т.д.)

· определенные (локализованные, ограниченные) (все остальные системы, таких систем - большинство).

Основные законы эволюционной (диссипативной) модели, (законы термодинамики)

Термодинамика ввела системный подход. Первым, кто изменил бывшее отношение к телам как к материальным точкам, был М.В. Ломоносов. Это видно из его молекулярно-кинетической теории (МКТ):

1. Все тела состоят из огромного числа мельчайших частиц (молекул и атомов);

2. Между ними существуют силы притяжения и отталкивания;

3. Температура тела определяется кинетической энергией движения молекул и наоборот (Броуновское движение) т. е.

Eк = f(T).

Связь между температурой тела и кинетической энергией молекул четко сформулировал Л. Больцман (для идеального газа): Eк = (3/2)•kБ•T, где kБ=1,38•1023 Дж/К, Т - термодинамическая температура, измеряемая в кельвинах.

Термодинамика формировалась, как феноменологическая наука. Это значит, что было сделано много технических открытий: разработка тепловых, паровых машин, а теоретическое обоснование запаздывало. Первые теоретические сведения были заявлены Фурье. Основой его теории было уравнение теплопроводности (или основное уравнение теплоты), выражающее характер взаимодействия более и менее нагретых тел. Суть в том, что тепло передается от горячих тел холодным.

Все основные законы термодинамики называются началами.

Нулевое начало: "Температура - функция состояния равновесия". (Если в каждой точке системы температура постоянна, то наступает тепловое или термодинамическое равновесие) Пример: температура трупа.

По этому началу можно определять живое и неживое. В живых системах всегда неравновесие, а в неживых - равновесие.

Первое начало термодинамики - закон сохранения энергии в термодинамике: "Количество теплоты, подведенное к системе, расходуется на изменение внутренней энергии и совершение работы этой системой":

ДQ = ДU + A,

где ДQ - количество теплоты, подведенное к системе;

ДU - изменение внутренней энергии;

А - работа, совершаемая самой системой.

Следствие из первого начала термодинамики: невозможно создание вечного двигателя первого рода (Это такой двигатель, у которого коэффициент полезного действия (КПД), выражающийся как отношение полезной энергии (теплоты) к затраченной энергии, больше единицы)

Второе начало термодинамики (принцип возрастания энтропии, он же - принцип рассеяния энергии): "В изолированных системах при реальных (необратимых) процессах энтропия S всегда возрастает (ДS > 0), а при идеальных процессах (обратимых) энтропия остается неизменной (ДS = 0):

ДS ? 0.

Энтропия (с греч. - превращение) - мера хаоса или неупорядоченности системы. Второе определение понятия "энтропия": мера рассеяния энергии.

Формулы для определения энтропии или её изменения:

1) по Клаузиусу: ДS = ДQ/Tравновесия

2) по Больцману: S = kБ •ln W,

где W - термодинамическая вероятность (количество способов, которыми может воспользоваться система для того, чтобы перейти из одного состояния в другое или количество микросостояний между двумя макросостояниями). мир температура время пространство

Существует еще одна формулировка второго начала термодинамики (оно отражает суть основного уравнения теплоты): "Тепло необратимо переходит от более нагретых тел к менее нагретым телам".

В изолированной системе живой объект не сможет выжить, он придет к смерти (хаосу).

Следствие из второго начала термодинамики:

1. Все упорядоченные формы энергии переходят частично в работу и частично в тепло - низкокачественную хаотичную легко рассеиваемую форму энергии;

2. Невозможно создание вечного двигателя второго рода, у которого КПД = 1;

3. Невозможна тепловая смерть Вселенной, которую предсказывали ученые в XIX веке (они считали Вселенную - изолированной системой, что в настоящее время опровергнуто). В XX веке американский ученый Э. Хаббл экспериментально доказал, что Вселенная расширяется, что показывает ее открытость.

Третье начало термодинамики (принцип недостижимости абсолютного нуля) или Теорема Нернста - Планка: "При абсолютном нуле невозможно протекание каких-либо природных процессов".

Абсолютный нуль - температура, при которой отсутствует тепловое движение молекул (т. е. кинетическая энергия молекул равна нулю). Энтропия при этой температуре тоже равна нулю.

Фундаментальные взаимодействия (поля)

1. Сильное (ядерное) - взаимодействие между протонами и нейтронами в ядре с помощью частиц-переносчиков - глюонов обеспечивает целостность ядра, благодаря этому взаимодействию ядро не рассыпается на части (микромасштаб).

2. Электромагнитное взаимодействие (обеспечивается посредством фотонов между противоположно заряженными объектами) отвечает за существование атомов, молекул, материи на уровне макро- и мегамасштабов (сильнее всего выражено в макромасштабе, но при этом проявляется и в микромасштабе);

3. Слабое характеризует процессы преобразования (аннигиляции), синтеза и распада элементарных частиц, обеспечивается посредством бозонов (действует во всех масштабах, сильнее всего проявляется в микромасштабе);

4. Гравитационное - гравитационное поле создается частицами гравитонами и отвечает за современный вид Вселенной (действует во всех масштабах, сильнее всего проявляется в мегамасштабе).

Характеристики фундаментальных взаимодействий

Самоорганизация в природе

· процесс перехода от хаоса к порядку в сложной системе.

· процесс перехода от менее сложного к более сложному (от простого к сложному - в примитивном варианте).

Хаос выступает как конструктивная сила.

Сложная система - система, которая состоит из большого количества элементов.

Синергетика - изучает эти процессы перехода.

Те же процессы, только в информационных процессах изучает кибернетика.

Синергетика сформировалась во второй половине XX века.

Условия необходимые для протекания самоорганизации:

1. система должна быть открытой, сложной;

2. необходимо передать системе направленную и достаточную энергию.

В биологических системах самоорганизация - это эволюция.

В социальных системах - то эволюция общества (переход к гражданско-правовому обществу), коллектива, группы, рост личности.

В физико-химических системах: лазер, синтезирование веществ, турбулентное течение.

В результате самоорганизации получаются диссипативные структуры (термин Г. Хакена), упорядоченные состояния.

Самоорганизация системы - упорядочение. К самоорганизации могут прийти только те системы, которые находятся в неравновесном состоянии, которые описываются нелинейными уравнениями термодинамики.

Точка бифуркации - точка, в которой находится система, которая может выбрать для себя альтернативный путь развития (точка крайне неравновесного состояния системы). Переход из этой точки в качественно новое состояние происходит скачкообразно при достижении достаточных условий самоорганизации.

Симметрия в природе

Симметрия - свойство материи, характеризующее пропорциональность составляющих систему частей.

Области применения симметрии:

1. в математике - уравнения, тождества, графики;

2. в физике - строение атома, ядра, связь законов сохранения;

3. в химии - химические реакции, уравнения.

4. в астрономии - планеты, траектория.

5. в биологии - форма цветов, человек, белковые структуры (ось симметрии 5 -го порядка)

6. в кристаллографии, материаловедении. Все кристаллы и металлы имеют кристаллическую решетку в виде кубика или гексагональной призмы,

7. в искусстве - гармония, красота.

Симметрия бывает:

1. Зеркальная, здесь можно отметить определенное свойство некоторых частиц не совпадать с отражением в зеркале (хиральность).

2. Трансляционная.

3. Поворотная.

Элементы симметрии

1. Центр (С) - точка, через которую можно провести прямую, делящую фигуру или тело на две равные части. (шар, круг, квадрат, равносторонний треугольник имеют центр симметрии).

2. Плоскость - делит фигуру на 2 равные части: у человека одна плоскость симметрии, у круга бесконечно много, у квадрата 4 плоскости симметрии.

3. Ось симметрии - прямая, проходящая через центр симметрии, при повороте вокруг которой на 360?, фигура или тело совпадает само собой n раз, где n - порядок оси.

Живая природа по внутреннему строению состоит из белков, а белки имеют ось симметрии 5 - го порядка.

Неживая природа - металлы, кристаллы имеют структурные элементы в виде кубиков, гексагональных призм или тетраэдров.

Пространство кристаллов такими элементами выкладывается без пустот. Пятиугольниками без пустот пространство в биологической системе не построишь. Этот свободный объем дает биологической материи пластичность и адаптацию к изменениям в окружающей среде.

У кристаллов и металлов пластичность - низкая, твердость и прочность - высокие, потому что у них нет в структуре столько свободного объема.

Пространственная форма принципа симметрии Кюри: "Набор элементов симметрии системы сохраняется в каждом элементе системы".

Пример: биологическая система (ее элементы - это клетки) повторяет один и тот же набор генов в каждой клетке системы.

Временная форма принципа симметрии: "Набор элементов симметрии причины сохраняется в следствии".

Пример: причина - родители, следствие - дети.

Нефундаментальные принципы

Принцип неопределенности Гейзенберга: "Если точно определяется импульс, то другую взаимозависимую характеристику (координату) точно определить невозможно и наоборот".

Принцип дополнительности Н. Бора - это продолжение принципа неопределенности Гейзенберга для разных взаимозависимых величин (кинетическая и потенциальная энергии; время измерения энергии и величина энергии). Кроме первого (гейзенберговского - о невозможности измерить точно в одном эксперименте сразу две взаимозависимые величины) есть второй смысл принципа: "Не бывает невозмущающих измерений". Например, если долго измерять энергию, то измерение будет неточным.

Принцип Ле-Шателье (для неживой природы): "Если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается воздействие извне, то равновесие смещается в сторону, противоположную внешнему воздействию".

Принцип гомеостаза (для живой природы): "При внешнем воздействии на неравновесную систему, в ней начинаются процессы, направленные на его погашение". Пример: человек и вирус гриппа - температура 36, 6 ?С растет до 38…40 ?С для того, чтобы уничтожить вирус гриппа, которому некомфортно существовать при этой температуре.

Принцип железного (механического) детерминизма (П. Лаплас): "Если процессы имеют одну и ту же причину, протекают при одних и тех же условиях, то они будут иметь одинаковое следствие". (Скрытый смысл: "если знать координаты и импульсы всех точек Вселенной в настоящем времени, то можно предсказать ее прошлое или будущее". Это в современном естествознании считается невозможным вследствие постоянного изменения Вселенной). Сейчас действует вероятностный детерминизм: установление причинно-следственных связей с определенной вероятностью.

Принцип соответствия: "Новая теория содержит в себе старую теорию как предельный случай".

Релятивистская механика переходит в классическую механику при условии приближения больших скоростей к обычным, намного меньших скорости света.

Общая теория относительности переходит в специальную теорию относительности А. Эйнштейна при условии пренебрежения гравитационными полями.

Размещено на Allbest.ru