Фундаментальные частицы
|
Фермионы |
Бозоны | ||||
|
Кварки |
Лептоны |
фотон |
глюон | ||
|
u-кварк |
d-кварк |
электрон |
электронное нейтрино |
бозон
| |
|
c-кварк |
s-кварк |
мюон |
мюонное нейтрино |
бозон Z0 | |
|
t-кварк |
b-кварк |
таон |
таонное нейтрино |
гравитон | |
41. Создана единая теория электрослабых взаимодействий, в которой объединены электромагнитное и слабое взаимодействия. Существует гипотеза о единстве всех видов взаимодействий. Из нее следует идея объединения сильного, слабого и электромагнитного взаимодействий в одно фундаментальное, называемая Великим объединением. В основе такого объединения лежит принцип симметрии, здесь предполагается, что симметрии сильного и электрослабого взаимодействий являются локальными, т. е. элементами единого калибровочного взаимодействия. Возможным вариантом развития моделей является единое описание всех взаимодействий, включая гравитационное. Такая теория означала бы суперобъединение, содержащее все известные поля, в результате последовательного применения преобразований суперсимметрии.
3. Порядок и беспорядок в природе
1. Системой называется множество объектов, находящихся в каких-либо отношениях друг с другом. Строение системы характеризуется её компонентами и их связями друг с другом.
2. Подсистемой называется наибольшая часть системы, которая обладает определённой автономностью и сама является системой более низкого уровня.
3. Иерархией называется подчинение систем друг другу.
4. Структурой системы называют совокупность взаимосвязей и взаимодействий её элементов, благодаря которым возникают свойства системы, отсутствующие у её частей.
5. Наличие свойств системы, которые отсутствуют у её составных частей, называется интегративностью или эмерджентностью.
6. Целостностью системы называется её обобщенная характеристика, отражающая единство её частей в многообразии взаимосвязей.
7. Аддитивность – это свойство величин, заключающееся в том, что значение величин, соответствующих системе, равно сумме значений аналогичных величин её элементов.
8. Редукционизмом называется сведение более сложного и более высокого по уровню развития к более простому.
9. Детерминизм – философское учение об объективной закономерной взаимосвязи и причинной обусловленности всех явлений. Формулировка П. С. Лапласа: «Если бы существовал ум, осведомлённый в данный момент обо всех силах природы в точках приложения этих сил, то не осталось бы ничего, что было бы для него недостоверно, и будущее, так же как и прошлое, предстало бы перед его взором».
10. Динамическая система представляет собой математический объект, соответствующий реальным физических, биологическим и другим объектам, эволюция которых однозначно определяется начальным состоянием.
11. Множество состояний динамической системы описывается набором переменных и изображается точками в фазовом пространстве.
12. Эволюция динамической системы отображается траекториями в фазовом пространстве.
13. Динамические системы делят на следующие классы:
– конечномерные и бесконечномерные;
– консервативные (в которых сохраняется механическая энергия) и диссипативные (в которых рассеивается механическая энергия);
– с непрерывным временем (потоки) и с дискретным временем (каскады);
– грубые (структурно устойчивые) и негрубые.
14. Значение параметра, при котором система теряет грубость (устойчивость), называется бифуркационным.
15. Установившемуся движению диссипативной системы отвечает аттрактор – множество траекторий, к которому притягиваются все близкие траектории.
16. Динамическим хаосом называется нерегулярное изменение состояния динамической системы, обладающее основными свойствами случайного процесса. Примеры систем с динамическим хаосом: планетные системы, погода и климат, турбулентность, фондовые рынки.
17. Открытой называется система, способная обмениваться с окружающей средой веществом, энергией и информацией.
18. Обратной связью называется воздействие результатов функционирования какой-либо системы на характер этого функционирования. Обратная связь называется положительной, если её влияние усиливает результаты функционирования, и, наоборот, отрицательной при ослаблении этих результатов.
19. Саморегулирующейся называется система, способная обеспечить постоянство своей структуры, свойств и функций. В такой системе все отклонения, возникающие под действием окружающей среды, уменьшаются или устраняются при оперативном функционировании отрицательных обратных связей.
На рисунке 3.1 изображены взаимосвязи между саморегулирующейся системой (объектом управления) и управляющим звеном. Стрелками показаны потоки информации. Информация об отклонениях в объекте поступает в управляющее звено (левая ветвь), откуда идут команды в объект, способные уменьшить возникающие там отклонения (правая ветвь). Совокупность этих потоков образует контур отрицательной обратной связи.
2
0.
Свойство сохранения своего качества
(саморегуляции) называютгомеостатичностью.
Существуют пределы отклонений, в которых
система способна осуществлять
саморегуляцию. Допустимый предел каждого
конкретного отклонения называется
гомеостатическим
диапазоном. При оперативном функционировании
отрицательных обратных связей отклонения
не покидают границы гомеостатического
диапазона, поэтому в системе реализуется
саморегуляция (рис. 3.2, вариант 1). Если
же обратные связи запаздывают, то
отклонения выходят за рамки допустимого
диапазона (вариант 2 на рис. 3.2). Если
обратные связи отказали, то отклонения
могут нарастать сколь угодно велика,
это означает гибель системы или ее
переход в иное качество (вариант 3 на
рис. 3.2)
21. Во второй половине XX века в научном мировоззрении появилась идея самоорганизации материи. Теориями, изучающими общие закономерности самоорганизации, являются синергетика и неравновесная термодинамика.
22. Синергетика, по мнению автора термина, – это исследование совместного согласованного действия элементов сложных систем. Синергетика представляет собой междисциплинарное направление исследований.
23. Предмет исследования синергетики – общие закономерности самоорганизации в природных и социальных системах.
24. В основе синергетики лежат следующие идеи:
– процессы разрушение и созидание, а также процессы деградации и эволюции во Вселенной равноправны;
– процессы созидание (нарастания сложности и упорядоченности) имеют единый алгоритм, независимо от природы систем, в которых они осуществляются.
25 Самоорганизация – это самопроизвольный переход от менее сложных к более сложным и упорядоченным формам организации материи. Примерами самоорганизации являются лазерное излучение, ячейки Бенара, реакция Белоусова–Жаботинского, спиральные волны.
26. Энтропия открытой системы может убывать, если эта система получает упорядоченность из окружающей среды больше, чем производит неупорядоченность внутри себя. В такой системе идёт самоорганизация. В общем случае изменение энтропии в открытой системе определяется суммой двух её потоков: выходящего в окружающую среду (здесь энтропия всегда растёт) и входящего из среды (здесь энтропия может, как возрастать, так и убывать).
27. Примерами самоорганизующихся систем, в которых энтропия может убывать, являются живые организмы. Они получают упорядоченность из внешней среды в виде пищи, представляющей собой высокоорганизованные структуры. Кроме того, все организмы возвращают в среду вещества в сильно упрощённом состоянии, повышая энтропию внешней среды.
28. Кажущимся парадоксом является эволюция живого, которая происходит с убыванием энтропии в живых системах на фоне всеобщего роста энтропии.
29. Открытой системой является планета Земля, получающая из внешней среды энергию. На планете идут процессы самоорганизации, при которых в окружающее пространство сбрасывается больше энтропии, чем производится на Земле и поступает извне.
30. Необходимыми условиями самоорганизации являются следующие:
– система должна быть открытой, поскольку изолированная система согласно второму закону термодинамики может эволюционировать лишь в сторону дезорганизации. Важную роль в процессе перехода от беспорядка к порядку играют диссипативные процессы, поэтому возникающие новые состояния материи называютсядиссипативными структурами. Именно диссипацией энергии обусловлены неустойчивые движения –флуктуацииилиотклонения, результатом их развития являются новые устойчивые диссипативные структуры. В природе наблюдаютсяпространственно-периодические,временныеипространственно-временныедиссипативные структуры;
– самоорганизующиеся системы должны быть существенно неравновесны, то есть отклонение от равновесия должно превышать некоторое критическое значение. Вблизи положения равновесия система сможет приблизиться к нему и придти в состояние полной дезорганизации. Вдали от положения равновесия система сможет приспосабливаться к своему окружению различными способами, это означает, что при одних и тех же значениях параметров возможно несколько различных решений;
– системы, в которых происходит самоорганизация, нелинейны, то есть на них не распространяется принцип суперпозиции. Совместное воздействие двух причин может привести к последствиям, резко отличающимся от результатов этих действий в отдельности. Влияние более слабых воздействий может оказаться значительнее, нежели влияние сильных, если первые окажутся адекватными собственным тенденциям системы. Примером может служить явление резонанса. Нелинейные процессы могут иметь пороговый характер: при плавном изменении внешний условий поведение системы изменяется скачком, если внешний параметр достиг критического значения;
– микроскопические процессы должны происходить согласованно (корпоративно или когерентно). Это означает, что система должна вести себя как единое целое. Здесь имеется существенное отличие саморазвивающихся систем от саморегулирующихся. Саморегулирующая система будет гасить отклонения при оперативном функционировании отрицательных обратных связей, что обеспечит сохранение прежнего качества. Наоборот, появление нового качества (т. е. самоорганизации) обусловлено накоплением и усилением отклонений (флуктуаций) в системе под действием положительных обратных связей.
31. В самоорганизации наблюдается два периода (рис. 3.3):
– плавное эволюционное развитие (адаптация), в результате которого система достигает неустойчивого критического состояния;
– выход из критического состояния в новое устойчивое состояние (бифуркация), более сложное и упорядоченное.
32. Бифуркацией называется достижение системой критического состояния, выход из которого осуществляется скачком, причем выбор пути дальнейшего развития неоднозначен и непредсказуем.
33. Вблизи точки бифуркации флуктуации возрастают, после точки бифуркации флуктуации стабилизируются, наступает новое устойчивое состояние – порядок из хаоса.
3
– идея всеобщего развития;
– объективный и познаваемый процесс самоорганизации;
– единый процесс развития неживой природы, живого вещества и человеческого общества;
– фундаментальная и неустранимая роль случайности и неопределённости;
– законы природы есть принципы отбора допустимых состояний из всех мыслимых;
– развитие представляет собой чередование медленных количественных и быстрых качественных изменений (бифуркаций);
– непредсказуемость пути выхода из точки бифуркации означает, что прошлое влияет на будущее, но не определяет его;
– устойчивость и надёжность природных систем есть результат их постоянного обновления;
– развивающаяся система эволюционирует вместе с окружающей средой, что называется коэволюцией.