2. Синергетическая концепция самоорганизации

1. Объектами исследования являются открытые системы в неравновесном состоянии, характеризуемые интенсивным (потоковым, множественно–дискретным) обменом веществом и энергией между подсистемами и между системой с ее окружением. Конкретная система погружена в среду, которая является также ее субстратом.

2. Среда — совокупность составляющих ее (среду) объектов, находящихся в динамике. Взаимодействие исследуемых объектов в среде характеризуется как близкодействие — контактное взаимодействие. Среда объектов может быть реализована в физической, биологической и другой среде более низкого уровня, характеризуемой как газоподобная, однородная или сплошная. (В составе системы реализуется дальнодействие — полевое и опосредствованное (информационное) взаимодействие.)

3. Различаются процессы организации и самоорганизации. Общим признаком для них является возрастание порядка вследствие протекания процессов, противоположных установлению термодинамического равновесия независимо взаимодействующих элементов среды (также удаления от хаоса по другим критериям). (Организация, в отличие от самоорганизации, может характеризоваться, например, образованием однородных стабильных статических структур.)

4. Результатом самоорганизации становится возникновение, взаимодействие, также взаимосодействие (например, кооперация) и, возможно, регенерация динамических объектов (подсистем) более сложных в информационном смысле, чем элементы (объекты) среды, из которых они возникают. Система и ее составляющие являются существенно динамическими образованиями.

5. Направленность процессов самоорганизации обусловлена внутренними свойствами объектов (подсистем) в их индивидуальном и коллективном проявлении, а также воздействиями со стороны среды, в которую ''погружена'' система.

6. Поведение элементов (подсистем) и системы в целом, существенным образом характеризуется спонтанностью — акты поведения не являются строго детерминированными.

7. Процессы самоорганизации происходят в среде наряду с другими процессами, в частности противоположной направленности, и могут в отдельные фазы существования системы как преобладать над последними (прогресс), так и уступать им (регресс). При этом система в целом может иметь устойчивую тенденцию или претерпевать колебания к эволюции либо деградации и распаду. Самоорганизация может иметь в своей основе процесс преобразования или распада структуры, возникшей ранее в результате процесса организации.

О соотношении синергетики и самоорганизации следует вполне определенно сказать, что содержание, на которое они распространяются, и заложенные в них идеи неотрывны друг от друга. Они, однако, имеют и различия. Поэтому синергетику как концепцию самоорганизации следует рассматривать в смысле взаимного сужения этих понятий на области их пересечения

3. Основные примеры самоорганизации неживой природы

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.

Заключение

Самоорганизация (и саморазвитие) может происходить как в открытых, так и закрытых системах. Необходимым условием самоорганизации является коммуникация между элементами системы, которая может осуществляться через непосредственный контакт или с помощью различных каналов передачи информации. При этом самоорганизация осуществляется путем подбора и соединения (сборки, синтеза, интеграции) элементов. В биологическом и социальном мире дополнительным условием самоорганизации является появление специальных регуляторов, способных осуществлять управление элементами системы.

Вопросы по теме

1.Что называется диссипативной структурой?

2. Что является объектами исследований в синергетической концепции самоорганизации?

3. Чем обусловлена направленность процессов самоорганизации?

4. Чем можно представить равновесные фазовые переходы?

5. Назовите пять примеров самоорганизации неживой природы?

6. В каких системах может происходить самоорганизация?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 5 (5).  Масса покоя частицы равна m₀ кг. Частица движется с ускорением. В Различные моменты времени частица имела скорости соответственно v1, v2 , v3 , v4 , v5 , v6 , v7, v8 , v9 , v10 .   Определите массу m частицы относительно неподвижной системы отсчета при каждой из приведенных скоростей. Постройте график зависимости массы от скорости движения частицы. Опишите его.

№ вар.	mo	v1	v2	v3	v4	v5
5	1,6810 ^-^27	0	100000	120000	140000	180000

Решение:                        

 

где  — масса покоя тела, — скорость его движения,с – скорость света, равная 310⁸ м/с.

Ответ:

 

m1	m2	m3	m4	m5
1,68∙10^-27	1,787∙10^-27	1,846∙10^-27	1,9∙10^-27	2,1∙10^-27

Рис. 1. Динамика изменения массы тела

Из графика видно, что при увеличении скорости движения частицы её масса относительно неподвижной системы отсчета также увеличивается.

Задание 6(5). Космический корабль отправляется к далекой звезде со скоростью v км/с и достигает ее окрестностей через t лет по часам корабля. Сколько лет пройдет на Земле?

№	5
t	25
v	8,510^4

Решение:

Темп хода движущихся часов.

Пусть в точке х₀` движущейся системы координат k` происходит последовательно два события в моменты t₁ и t₂. В неподвижной системе координат k эти события происходят в разных точках в моменты t₁ и t₂. Интервал времени между этими событиями в движущейся системе координат равен ∆ t` = t<sub>2</sub>` - t₁`, а в покоящейся ∆ t = t₂ - t₁.

На основании преобразования Лоренца получим:

Ответ: ∆t = 26,068 лет.

Задание 7(5). Яркость источника обратно пропорциональна расстоянию до него. Сколько лет надо лететь со скоростью 50 км/с до звезды Х, чтобы она стала ярче в n раз? Сколько лет идет свет от звезды до Земли?

№ вар	Звезда	Расстояние, парсеки (пк)	Увеличение яркости, n раз
5	Полярная звезда	333,3	2,5

Решение: Для решения этой задачи переведем расстояние от Земли до Полярной звезды в систему СИ, учитывая, что 1 пк = 3,0857∙10¹⁶ м.

Исходя из условия обратной пропорциональности, найдем расстояние, при котором звезда Фомальгаут станет ярче в 4 раза.

Тогда искомое время будет равно

В переводе на года искомое время будет равно

Свет же от Земли до Фомальгаута идет

Задание 8 (5). На поверхность приемника падает излучение с энергией квантов равной      Дж. Определить длину волны излучения и определить, к какой области электромагнитного спектра оно относится.

№	5
	3,9710^-19

Решение:

Квант – это минимальная порция энергии, излучаемой или поглощаемой телом. По теории Планка, энергия кванта E прямо пропорциональна частоте света:

E = hν,

где h – так называемая постоянная Планка, равная h = 6,626·10^–34 Дж·с.

Зная, что частота излучения  и длина волны  связаны уравнением

 = с,

где с – скорость света, равная 310⁸ м/с, то

 = ch/E = 6,626·10^–34  ∙(310⁸) / 3,9710^-19= 5∙10^-7 = 5 нм.

Ответ: λ = 5нм. Данная длина волны соответствует  ультрафиолетовому излучению электромагнитной шкалы.

 

Задание 9 (5). Источник, излучающий свет с длиной волны  =  удаляется от неподвижного наблюдателя со скоростью v. К какой части спектра относится это излучение? Какую длину волны (1) определит неподвижное устройство - светоприемник? К какой области спектра оно будет относиться?

№	5
, нм	600
v, км/с	8,510^4

Решение:

Источник, движущийся с длиной волны  = 600 нм, излучает оранжевый спектр по электромагнитной шкале.

При движении источника волн по направлению к наблюдателю длина волны  уменьшается, при движении от наблюдателя – увеличивается. Так, тональность звукового сигнала перед идущим локомотивом высокая, так как  уменьшается (звуковые волны сгущаются), а позади него звук низкий, т.к.  увеличивается.

 Длина волны связана со скоростью удаления источника от наблюдателя зависимостью =₀·(u + v)/v,

 где v - скорость движения источника,    u  - скорость волны в среде. Для электромагнитных волн u равна скорости света в вакууме.

Следовательно,  неподвижное устройство - светоприемник  определит следующую длину волны

₁ = 600∙(310⁸ + 0,8510⁸)/ 0,8510⁸ = 2718 нм

Что соответствует инфракрасному излучению электромагнитной шкалы.

Ответ: ₁= 2718 нм, что соответствует инфракрасному излучению электромагнитной шкалы.

 

 

 

Список литературы.

1.    П.В. Алексеев, А.В. Панин. Теория познания и диалектика. Москва, Высшая школа. 1991г.

2.    В.В. Ильин. Теория познания. Эпистемалогия. Москва. Изд-во мгу, 1974

3.    Кемпфер Ф. Путь в современную физику. М.,1972.

4.    Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. Учебное пособие. М.,1999.

5.    Генетика и наследственность. Сборник статей. Г.34. Пер. с франц. М.: Мир. 1987 г.

6.    Общая генетика. Алихонян С. И. И др. М.: Высшая школа. 1985 г.

7.    Генетика вчера, сегодня и завтра..  Дубинин Н.П. М.: Советская Россия. 1981 г.

8.    Горелов А.А. Концепция современного естествознания. – М.: Высшее образование. 2005. 335 с

9.    Данилов Ю.А., Кадомцев Б.Б. Что такое синергетика// Нелинейные волны. Самоорганизация. М.: Наука, 1983.

10.                       Карпенков С.Х. Концепция современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: ЮНИТИ, 1997. – 320 с.

11.                       1.Хакен Г.Синергетика как мост между естественными и социальными науками. Синергетическая парадигма. Человек и общество в условиях нестабильности. М.: Прогресс, 2003

12.                       Небел Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир. М.,1993.

 

Рекламные ссылки