- •Естествознание как единая наука о природе. Предмет и цели.
- •История естествознания. Зарождение и этапы развития.
- •Тенденции развития естествознания: естественные науки, классификация, интеграция и дифференциация наук.
- •Научный метод.
- •6. Естественнонаучная и гуманитарная культуры.
- •7. Панорама современного естествознания.
- •8.Тенденции развития естествознания, его ограниченность и незавершенность.
- •9. Системно-культурный подход в современном естествознании, цели и задачи.
- •Корпускулярная и континуальная концепции описания природы.
- •11. Ньютоновская и эволюционная парадигмы.
- •12. Концепция материи. Вещество и поле. Концепция движения материи.
- •13. Энергия как универсальная мера движения. Закон сохранения энергии в макроскопических процессах.
- •14. Концепции пространства и времени.
- •15. Принцип историзма и концепция развития.
- •16. Системно-структурный подход в современном естествознании. Понятие системы, состояния и структуры системы. Параметры состояния и уравнение состояния.
- •Понятие системы, состояние и структуры системы. Параметры состояния и уравнение состояния.
- •17. Равновесные и неравновесные состояния. Процессы, равновесные и неравновесные процессы. Изменение состояния системы со временем.
- •18.Общие системные принципы: структурность, целостность, иерархичность, развитие и изменчивость, взаимосвязь системы с внешней средой.
- •20. Концепции материи, движения материи и структурных уровней организации материи. Мега-, макро- и микромиры - иерархия систем структурных элементов. Принцип относительности.
- •21.Развитие материи и принцип историзма. Принцип причинности. Принцип единства законов природы.
- •22.Концепция взаимодействия. Близкодействие и дальнодействие. Фундаментальные взаимодействия. Принцип суперпозиции.
- •23.Эволюция вселенной. Сценарии эволюции. Эволюция звезд и солнечной системы.
- •24.Симметрия и асимметрия как особенности природы. Принцип симметрии. Симметрия и законы сохранения. Изменчивость мира и законы сохранения.
- •25.Динамическая система и ее эволюция. Классические механические системы.
- •26.Детерминизм. Детерминированные системы. Случайность и неопределенность в поведении и развитии систем. Детерминированный хаос.
- •27.Физические системы, их состояния и изменение состояния со временем. Фазовое пространство и фазовые траектории, фазовые портреты. Сценарии поведения систем. Хаос.
- •28.Квантово-механические системы. Понятие квантово-механической системы, ее состояния и изменения состояния. Принцип неопределенности и принцип дополнительности. Принцип соответствия.
- •29.Динамические и статистические закономерности в природе.
- •Термодинамические системы. Энтропия. Принцип возрастания энтропии. «Стрела» времени. Неравноправие порядка и беспорядка в замкнутых системах.
- •32.Представления о происхождении жизни на земле. Жизнь как следствие эволюционных процессов. Многообразие неорганических и органических соединений и зарождение жизни.
- •33.Сущность и специфика живого.
Термодинамические системы. Энтропия. Принцип возрастания энтропии. «Стрела» времени. Неравноправие порядка и беспорядка в замкнутых системах.
Первой теорией эволюции физических систем явилась классическая термодинамика, изучающая равновесные состояния макросистем и равновесные процессы. Термодинамика опиралась на принципы или начала, из которых с помощью логики и математики выводятся основные соотношения между параметрами системы. Эти принципы универсальны, поскольку не учитывают структуру систем и не зависят от нее. Основное содержание термодинамики определяют два принципа, основанные на использовании двух функций состояния системы: внутренней энергии U и энтропии S. Первое начало термодинамики описывает изменение внутренней энергии системы и фактически является законом сохранения. Оно выполняет функцию запрета: все процессы противоречащие первому началу запрещены и не могут быть реализованы. Первое начало термодинамики не определяет направления протекания процессов и, поэтому, не описывает эволюцию систем. Принцип, определяющий направление протекания процессов, установлен Клаузиусом и Кельвином. Принцип, названый вторым началом термодинамики, потребовал введения новой функции состояния системы - энтропии Больцман раскрыл смысл второго начала термодинамики, установив связь энтропии и термодинамической вероятностью: S = k × ln W.
Чем больше энтропия, тем больше неупорядоченность системы. Изменение энтропии не зависит от способа перехода системы из одного состояния в другое, поэтому неупорядоченность макросистемы не зависит от ее эволюции и является ее внутренним свойством системы. Второе начало утверждает: энтропия замкнутой системы не убывает, она сохраняется при обратимых процессах и возрастает при необратимых. Поскольку реальные процессы необратимы, то все реальные макроскопические процессы в замкнутых системах направлены в сторону роста энтропии. Полная энтропия таких систем всегда увеличивается, хотя энтропия отдельных частей системы может при этом уменьшаться. Эволюция замкнутых систем направлена в сторону увеличения Хаоса: Рост хаотичности сопровождается дезорганизацией и разрушением структуры системы. Наиболее хаотичным и наиболее вероятным состоянием замкнутых систем является состояние термодинамического равновесия, которому соответствует максимальная энтропия. В равновесном состоянии параметры частей системы одинаковы, в неравновесном – различны. Необратимость эволюции позволяет обосновать направленность или "стрелу" времени. Состояние системы с меньшим значением энтропии предшествует во времени состоянию с большим значением; чем больше изменение энтропии, тем больше время эволюции системы. Существование "стрелы" времени свидетельствует о фундаментальной асимметрии Природы. "Стрела" времени существует только для сложных систем. В системах с малым числом элементов могут наблюдаться флуктуации и энтропия замкнутой "малой" системы может убывать на определенных промежутках времени. Вероятностная трактовка "стрелы" времени утверждает существование множества способов внесения Хаоса в упорядоченную сложную систему. выделение направления времени связано с тем, что в сложных системах трудно найти способ перевода системы в заданное единственно возможное состояние. Существование "стрелы" времени изменило концепцию времени. В современной концепции время является внутренней переменной, присущей системе.
31.УПОРЯДОЧЕННОСТЬ СТРОЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ПРИРОДЫ. ПЕРЕХОДЫ ИЗ УПОРЯДОЧЕННОГО СОСТОЯНИЯ И НАОБОРОТ. ПОНЯТИЕ УСТОЙЧИВОСТИ И САМООРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМ. БИФУРКАЦИИ.. ХАОС. ПОРЯДОК ИЗ ХАОСА: САМООРГАНИЗАЦИЯ С ЛОЖНЫХ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМАХ ЖИВОЙ И НЕЖИВОЙ ПРИРОДЫ. СИНЕРГЕТИКА.\
Любая сложная система есть многоуровневая конструкция взаимодействующих элементов, объединенных в подсистемы различных структурных уровней. Сложная система возникает благодаря многочисленным и качественно разнообразным связям и взаимодействиям большого количества качественно различных компонентов. общие закономерности образования и эволюции систем:
1. никакая система не может сформироваться из абсолютно идентичных элементов, качественное различие элементов является необходимым условием образования системы.
2. Достаточным условием является наличие взаимодействия элементов, объединяющего их в единое целое.
3. Всякое объединение не случайно и имеет объективные причины.
4. элементы объединяются в системы в необходимом и достаточном количестве, хотя в некоторых случаях наблюдается избыточность элементов. Избыточность обеспечивает устойчивость существования системы заменой разрушившихся элементов и создает возможности для качественного усовершенствования системы. Количество вариантов объединения элементов ограничено фундаментальными законами и принципами Природы.
В переходах порядка в хаос и хаоса в порядок есть своя специфика и есть общие закономерности. Переходы от порядка к хаосу могут протекать под влиянием внешних воздействий на систему. Достаточно сильное воздействие может любую систему, более слабые воздействия изменить количественный и качественный состав элементов системы и ее структуру при этом в системе может возрастать как порядок так и хаос.
Замкнутая системы не обменивается с внешней средой веществом, энергией, информационное состояние такой системы устойчиво, если малые внешние воздействия не могут увести систему от начального состояния. Замкнутая система самопроизвольно стремится к наибольшему устойчивому состоянию. Открытые системы обмениваются со средой веществом, энергией и информацией, как правило такие системы удалены от состояния равновесия. При некоторых условиях такие системы эволюционируют в сторону возрастающей упорядоченности, если упорядоченность таких систем возрастает самопроизвольно, то в системе протекают процессы самоорганизации. Системы, способные к самоорганизации, назвали самоорганизующимися. Самоорганизацией системы называют возникновение упорядоченных структур и форм движения из первоначально неупорядоченных, нерегулярных форм без специальных упорядочивающих внешних воздействий на систему.
Самоорганизация материи есть переход от Беспорядка к Порядку.
Самоорганизация материи проявляется в живой и неживой Природе. Самоорганизация происходит путем перестройки компонентов системы и образования новых связей между ними. процессы самоорганизации возможны лишь в открытых системах, обменивающихся веществом, энергией и информацией с внешней средой. Самоорганизующаяся система способна последовательно изменять свои свойства на основании оценки воздействий внешней среды. Результатом является переход системы к некоторому устойчивому состоянию, в котором воздействия внешней среды окажутся допустимыми. Эти устойчивые состояния могут быть равновесными и неравновесными. Неравновесность состояния системы является причиной ее самоорганизации. Самоорганизацией системы называют скачкообразные процессы, переводящие открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем сложности и упорядоченности по сравнению с исходным. Самоорганизация системы начинается с потери устойчивости критического состояния системы. Она проявляется в форме гигантской коллективной флуктуации, охватывающей всю систему, и завершается переходом системы в более упорядоченное состояние. Общей закономерностью самоорганизации является согласованность поведения компонентов системы в критическом состоянии, достигаемым открытой неравновесной системой в ходе предшествующего периода эволюционного развития. Самоорганизующиеся системы обретают новые структуры без внешних воздействий. Рост упорядоченности системы обусловлен рождением коллективных типов поведения компонентов системы под воздействием флуктуаций, конкуренцией типов поведения и отбором того типа поведения, который оказывается способным выжить в условиях конкуренции.
Понятие устойчивости и самоорганизации систем. Самоорганизация систем как переход от беспорядка к хаосу.
Замкнутая системы не обменивается с внешней средой веществом, энергией, информационное состояние такой системы устойчиво, если малые внешние воздействия не могут увести систему от начального состояния. Замкнутая система самопроизвольно стремится к наибольшему устойчивому состоянию. Открытые системы обмениваются со средой веществом, энергией и информацией, как правило такие системы удалены от состояния равновесия. При некоторых условиях такие системы эволюционируют в сторону возрастающей упорядоченности, если упорядоченность таких систем возрастает самопроизвольно, то в системе протекают процессы самоорганизации. Системы, способные к самоорганизации, назвали самоорганизующимися. Самоорганизацией системы называют возникновение упорядоченных структур и форм движения из первоначально неупорядоченных, нерегулярных форм без специальных упорядочивающих внешних воздействий на систему.
Самоорганизация материи есть переход от Беспорядка к Порядку.
Самоорганизация материи проявляется в живой и неживой Природе. Самоорганизация происходит путем перестройки компонентов системы и образования новых связей между ними. процессы самоорганизации возможны лишь в открытых системах, обменивающихся веществом, энергией и информацией с внешней средой. Самоорганизующаяся система способна последовательно изменять свои свойства на основании оценки воздействий внешней среды. Результатом является переход системы к некоторому устойчивому состоянию, в котором воздействия внешней среды окажутся допустимыми. Эти устойчивые состояния могут быть равновесными и неравновесными. Неравновесность состояния системы является причиной ее самоорганизации. Самоорганизацией системы называют скачкообразные процессы, переводящие открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем сложности и упорядоченности по сравнению с исходным. Самоорганизация системы начинается с потери устойчивости критического состояния системы. Она проявляется в форме гигантской коллективной флуктуации, охватывающей всю систему, и завершается переходом системы в более упорядоченное состояние. Общей закономерностью самоорганизации является согласованность поведения компонентов системы в критическом состоянии, достигаемым открытой неравновесной системой в ходе предшествующего периода эволюционного развития. Самоорганизующиеся системы обретают новые структуры без внешних воздействий. Рост упорядоченности системы обусловлен рождением коллективных типов поведения компонентов системы под воздействием флуктуаций, конкуренцией типов поведения и отбором того типа поведения, который оказывается способным выжить в условиях конкуренции.