Раздел III

МИР – КАК РАЗВИВАЮЩАЯСЯ СУПЕРСИСТЕМА

Тема 7. Сложные системы. Синергетика.

1. Понятие сложной системы. Система – целостный, развивающийся комплекс взаимосвязанных элементов, находящихся в определенной иерархической подчиненности, и образующей единство с окружающей средой.

По классификации системы делятся на: открытая – закрытая, динамическая –статистическая, естественная – искусственная, самоорганизующаяся – управляемая.

Процессы, протекающие в различных явлениях природы следует делить на два класса: закрытые системы и открытые системы. Любая социоприродная система является открытой. Открытая система обменивается с окружающей средой ресурсами – веществом, энергией, информацией. Обменные процессы с окружающей средой выступают важнейшим фактором развития системы и определяют характер ее поведения. Вследствие потерь и деградации ресурсов все открытые системы являются диссипативными. Система, использовав поступившие в нее ресурсы для своего переустройства, отработанные остатки (уже иного качества) выбрасывает наружу – происходит диссипация (рассеяние лат.).

Строго закрытых систем в природе не существует. Закрытая механическая система является идеализированной моделью, в которой господствуют однозначность и жесткие причинно-следственные связи. Многие теории классического естествознания, разработанные на основе таких моделей, дают достаточно точное описание поведения тел и позволяют предсказать состояние системы в любой последующий момент. Это жестко детерминированные линейные системы с «бесконечной памятью».

С развитием физики микромира сложились представления о стохастических системах (вероятностных), они содержат огромное количество элементов. Согласно принципу неопределнностей Гейзенберга, проследить за движением каждого отдельного элемента и точно указать его состояние в любой момент времени практически невозможно. В таких системах очень велика роль случайных параметров. Поэтому будущее стохастических систем, в отличие от динамических, можно указать лишь с определенной степенью вероятности, используя для этого представления о статистических распределениях.

2. Термодинамика закрытых систем. В сове время теория Ч. Дарвина послужила толчком для развертывания исследований развития (эволюции) природных и социальных систем. Эволюционная концепция даже физиков заставила по-иному взглянуть на свой предмет и на природу в целом. Дело в том, что у биологов и физиков существовали прямо противоположные взгляды на эволюцию природы.

Объектом изучения биологов были открытые системы. Объектом изучения классической термодинамики были закрытые системы, которые не обмениваются с внешней средой ресурсами.

Центральным понятием термодинамики является понятие энтропии, которое относится к закрытым системам, находящимся в тепловом равновесии.

Понятие энтропии ввел в 1865 г. Клазиус. Он показал, что в термически изолированных системах энтропия при обратимых процессах не изменяется, а при реальных и необратимых – ее изменение всегда положительно. Поэтому она является как бы мерой отклонения реальных процессов от идеальных.

II-ой закон термодинамики: Энтропия изолированной системы при протекании необратимых процессов возрастает, так как система предоставленная самой себе, переходит из менее вероятного в более вероятное состояние. Энтропия системы, находящейся в равновесном состоянии, максимальна и постоянна.

Возрастание энтропии означает хаос и беспорядок. Принцип возрастания энтропии составляет сущность II-го закона термодинамики.

В 1811 г. Фурье сформулировал закон теплопроводности: количество теплоты переносится от тел с большей температурой к телам с меньшей температурой. Теплопроводность приоводит к все большему выравниванию температур, пока рапределение Т. Во всех точках пространства не станет одинаковым. Явление теплопроводности описывает необратимые процессы.

Клазиус распространил принцип возрастания энтропии на Вселенную в целом, что привело его к гипотезе о тепловой смерти Вселенной. Все физические процессы протекают в направлении передачи тепла от более горячих к менее горячим, т.о. идет процесс выравнивания Т. Во Вселенной. Это означает прекращение каких-либо физических процессов вследствие перехода Вселенной в равновесное состояние с максимальной энтропией.

Такие выводы были неправомерны, так как Вселенная рассматривалась как замкнутая система. Прежние представления о развитии сформировались в классической физике 19 в. Под влиянием статистической механики и равновесной термодинамики. Эти научные дисциплины описывают поведение изолированных макросистем. Вселенная, как самая крупная макросистема также считалась замкнутой.

Необратимое возрастание энтропии в изолированной системе следует рассматривать как проявление все увеличивающегося хаоса, постепенного забывания начальной ассиметрии, несохранение системой информации о прошлом.

Для изолированных систем будущее всегда расположено в направлении возрастания энтропии (беспорядка и хаоса). Возрастание энтропии определяет направление «стрелу времени». Энтропия возрастает по мере увеличения беспорядка в системе, поэтому любая изолированная физическая система обнаруживает с течением времени тенденцию к переходу от порядка к беспорядку.