- •Концепции современного естествознания
- •Рецензенты:
- •Ihtik.Lib.Ru
- •Глава 1. Естествозн ан и е как единая наука о природе
- •1.1. Естественно-научная и гуманитарная культуры
- •1.2. Месте науки в системе культуры и ее структура
- •1.3. Характерные черты науки
- •1.4. Естествознание - фундаментальная наука
- •Глава 2. Характеристика естественно-научного познания
- •2.1. Структура научного познания
- •2.2. Основные методы научного исследования
- •2.3. Динамика развития науки. Принцип соответствия
- •Глава 3. Важнейшие этапы развития естествознания
- •3.1. Система мира ангинных философов
- •3.2. Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы строения мира
- •3.3. Механистическая и электромагнитная картины мира
- •3.4. Современная естественно-научная картина мира
- •Глава 4. Концепция относительности пространства и времени
- •4.1. Понятие пространства и времени
- •4.2. Измерение времени
- •4.3. Пространство и время в специальной теории относительности
- •4.4. Общая теория относительности о пространстве и времени
- •Глава 5. Строение материального мира
- •5.1. Структурное строение материального мира
- •5.2. Краткая характеристика микромира
- •5.3. Краткая характеристика макромира
- •5.4. Краткая характеристика мегамира
- •Глава 6. Взаимодействия и движение структур мира
- •6.1. Четыре вида взаимодействий и их характеристика
- •6.2. Концепции близкодействия и дальнодействия
- •6.3. Вещество, поле, вакуум. Принцип суперпозиции
- •6.4. Фундаментальные постоянные мироздания
- •6.5. Антропный космологический принцип
- •6.6. Характер движения структур мира
- •Глава 7. Основные закономерности микромира
- •7.1. Элементарные частицы
- •7.2. Корпускулярно-волновая природа микрообъектов
- •7.3. Концепция дополнительности
- •7.4. Вероятностный характер законов микромира. Концепции неопределенности и причинности
- •7.5. Электронная оболочка атома
- •Глава 8. Концепции вещества и энергии
- •8.1. Многообразие форм материи
- •8.2. Вещество и его состояния
- •8.3. Энергия и ее проявления в природе
- •8.4. Законы сохранения в природе
- •8.5. Законы сохранения и принципы симметрии
- •Глава 9. Состав, структура и взаимопревращения веществ
- •9.1. Концептуальные уровни в познании веществ
- •9.2. Состав вещества и химические системы
- •9.3. Структура вещества и его свойства
- •9.4. Химические процессы
- •9.5. Эволюция химических систем и перспективы химии
- •Глава 10. Природа мегамира
- •10.1. Расстояния и размеры в мегамире
- •10.2. Земля как планета и природное тело
- •10.3. Состав и строение Солнечной системы
- •10.4. Солнце, звезды и межзвездная среда
- •10.5. Галактики
- •Глава 11. Характер естествен нон ауч н ых закономерностей природы
- •11.1. Детерминизм процессов природы
- •11.2. Термодинамика и концепция необратимости
- •11.3. Проблема "тепловой смерти Вселенной"
- •Глава 12. Происхождение и эволюция вселенной
- •12.1. Большой взрыв и расширяющаяся Вселенная
- •12.2. Начальная стадия Вселенной
- •12.3. Космологические модели Вселенной
- •Глава 13. Происхождение и эволюция небесных тел, земли
- •13.1. Происхождение и эволюция галактик и звезд
- •13.2. Происхождение планет Солнечной системы
- •13.3. Происхождение и эволюция Земли
- •13.4. Космос и Земля
- •Глава 14. Концепции происхождения жизни
- •14.1. Концепции происхождения жизни но Земле
- •14.2. Классификация уровней биологических структур и организация живых систем
- •14.3. Генная инженерия и биотехнология
- •14.4. Проблемы происхождения жизни во Вселенной
- •Глава 15. Эволюция живой природы
- •15.1. Доказательства эволюции живого
- •15.2. Пути и причины эволюции живого
- •15.3. Эволюционная теория Дарвина
- •15.4. Современная теория органической эволюции
- •15.5. Синтетическая теория эволюции
- •15.6. Другие концепции эволюции живого
- •Глава 16. Концепция происхождения и эволюции человека
- •16.1. Человек как предмет естественно-научного познания
- •16.2. Сходства и отличия человека от животных
- •16.3. Концепции появления человека на Земле. Антропология
- •16.4. Эволюция культуры человека. Социобиология
- •16.5. Проблемы поиска внеземных цивилизаций
- •16.6. Проблема связи с внеземными цивилизациями
- •Глава 17. Человек
- •17.1. Физиология человека
- •17.2. Эмоции и творчество
- •17.3. Здоровье и работоспособность
- •17.4. Вопросы биомедицинской этики
- •Глава 18. Учение о биосфере и экологии
- •18.1. Биосфера
- •18.2. Экология
- •18.3. Современные проблемы экологии
- •18.4. Ноосфера
- •18.5. Демографическая проблема
- •Глава 19. Методы современного естествознания
- •19.1. Системный метод исследования
- •19.2. Кибернетика - наука о сложных системах
- •19.3. Методы математического моделирования
- •19.4. Математическое моделирование в экологии
- •Глава 20. Самоорганизация в природе
- •20.1. Парадигма самоорганизации
- •20.2. Синергетика
- •20.3. Особенности эволюции неравновесных систем
- •20.4. Самоорганизация - источник и основа эволюции
- •20.5. Самоорганизация в различных видах эволюции
- •Глава 21. Современное естествознание и будущее науки
- •21.1. Особенности современного этапа развития науки
- •21.2. Естествознание и мировоззрение
- •21.5. Общие закономерности современного естествознания
- •21.6. Современная естественно-научная картина мира и Человек
- •21.7. Особенности в развитии современной науки
- •Литература
- •140010, Г. Люберцы Московской обл., Октябрьский пр-т, 403. Тел.: 554-21-86
20.3. Особенности эволюции неравновесных систем
Наука — самое важное, самое прекрасное и самое нужное в жизни человека.
А. П. Чехов
Законы термодинамики, являющиеся обобщением большого количества экспериментального материала, опыта, утверждают, что изолированная, замкнутая система со временем приходит в положение равновесия. С молекулярно-кинетической точки зрения положению равновесия отвечает состояние максимального хаоса. При удалении от равновесия состояние становится
495
все более неустойчивым, и даже малые изменения какого-либо параметра могут перевести систему в новое состояние. Поэтому при изучении образования новых структур от замкнутых систем следует перейти к рассмотрению систем открытых, которые могут обмениваться с окружающей средой веществом или энергией, т. е. неравновесным состояниям. Отличия неравновесной структуры от равновесной заключаются в следующем:
Система реагирует на внешние условия (гравитационное, электромагнитное поля и т. п.).
Поведение системы случайно и не зависит от начальных условий, т. е. не зависит от предыстории.
Приток энергии создает в системе порядок, и, стало быть, энтропия уменьшается.
Наличие в развитии системы бифуркации — переломной точки в развитии системы.
Когерентность — система ведет себя как единое целое, как если бы она была вместилищем дальнодействующих сил.
Таким образом, различают области равновесности и неравновесности, в которых может пребывать система. Ее поведение при этом существенно меняется.
Изучение неравновесных состояний позволяет прийти к общим выводам относительно эволюции в неживой природе, при которой происходит переход от хаоса к порядку. Эволюция неживой природы является сложным вероятностным процессом с весьма варьирующимся соотношением детерминированных и стохастических компонентов, и поэтому ее общий ход в чем-то непредсказуем. Непредсказуемость эволюции не абсолютная. Одни детали предвидеть невозможно, другие можно предвидеть с большей или меньшей достоверностью, где слишком многое зависит от обстоятельств, объективно случайных по отношению к ходу процесса.
Эволюция системы должна удовлетворять следующим трем требованиям:
1) в развитии системы наблюдается необратимость, выражающаяся в нарушении симметрии между прошлым и будущим;
496
возникает необходимость введения при рассмотрении развития понятия "событие";
некоторые события должны обладать способностью изменять ход эволюции.
При этом основными условиями формирования новых структур являются следующие: 1) открытость системы; 2) нахождение ее вдали от равновесия; 3) наличие флуктуации в системе.
Чем сложнее система, тем больше многочисленные типы флуктуации, угрожающих ее устойчивости. Но в сложных системах существуют связи между различными частями. От исхода конкуренции между устойчивостью, обеспечивающейся связью, и неустойчивостью, возникающей из-за флуктуации, зависит порог устойчивости системы. Превзойдя этот порог, система попадает в критическое состояние, называемое точкой бифуркации. В ней система становится неустойчивой относительно флуктуаций и может перейти к новой области устойчивости, т. е. к образованию новой более сложной системы. Система как бы колеблется перед выбором одного из нескольких путей ее эволюции. Небольшая флуктуация может послужить в этой точке началом эволюции в совершенно новом направлении, которое резко изменит все ее поведение. Это и есть событие.
В точке бифуркации случайность подталкивает то, что остается от системы, на новый путь развития, а после того как один из многих возможных вариантов выбран, вновь вступает в силу детерминизм — и так до следующей точки бифуркации. В судьбе системы случайность и необходимость взаимно дополняют друг друга.
Главенствующую роль в эволюции окружающего мира играют не порядок, стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновесность, т. е. все системы непрестанно флуктуируют. В особой точке бифуркации флуктуация достигает такой силы, что организация системы не выдерживает и разрушается, и принципиально невозможно предсказать: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более дифференцированный и высокий уровень упорядоченности, который называют диссипативной структурой. Новые структуры
497
называются диссипативными, потому что для их поддержания требуется больше энергии, чем для поддержания более простых структур, на смену которым они приходят. Диссипативные структуры существуют лишь постольку, поскольку система диссипирует (рассеивает) энергию и, следовательно, производит энтропию. Из энергии возникает порядок с увеличением общей энтропии. Таким образом, энтропия — не просто безостановочное соскальзывание системы к состоянию, лишенному какой бы то ни было организации (как думали сторонники "тепловой смерти Вселенной"), а при определенных условиях становится прародительницей порядка. С одними и теми же граничными условиями оказываются совместимыми множество различных диссипатив-ных структур. Это — следствие нелинейного характера сильно неравновесных ситуаций. Малые различия могут привести к крупномасштабным последствиям. Следовательно, граничные условия необходимы, но недостаточны для объяснения причин возникновения структуры. Необходимо также учитывать реальные процессы, приводящие к "выбору" одной из возможных структур. Именно поэтому (а также в силу некоторых других причин) приписывают таким системам определенную автономию или самоорганизацию.