УР (16-16 (32)) - Гавриков

Гавриков Д.Е.

Устойчивое

развитие

человечества

© Гавриков Д.Е. Все права защищены.

Запрещается любое полное или частичное воспроизведение, копирование и (или) перепечатка материалов данного учебного пособия без письменного разрешения автора.

Иркутск, 2015

ГавриковД.Е.	Устойчивоеразвитичеловечества	[e-mail] M1. УЕ1. 1. | 3
УЕ1СИСТЕМЫ.1..КЛАССИФИКАЦИЯ.СВОЙСТВА		СИСТЕМ
	ВВЕДЕНИЕУЕ1.1.
ЦельизученияУЕ:
1Познаком. спонятсист,класемтьисаификациейявойствами		и-

стем.

2Познаком. спонятпорядокихаоси,ихтьямивидами.

Чтообучаемыйдолжензнать/умпначаломтьредизученияУЕ:

§ иметьпредставления отеорияхклассичесмехнуровненикиш ой о- лы;

§иметьпредставленияостатисф термодинамикезческой уровнешколы.

ЧтообучаемыйбудетзнатьпоокончанииизученУЕ: я

§чтакоесистема;

§класисификациювойси;стемва

§	чтакоепорядокиего	виды;
§	чтакоехаосиеговиды.

Ходизучения:

1Прочитайтеоретическую. часУЕ1.ь1. 2Рассмот. приведеннприведеныпримгде( те).ы 3По.ходуизотвечайтечениянавопросы:

а)Перечислитеосновныеклассификациисистем.

б)Присвпримерыоиедите длюбыхя3 -хсвойси.стемыв в)Каковыразличиямеждуравнеравновеснымпорядком?

г)Какиесуществуютвидыхаосачемониразличаются?

Видконтроля: письмотнавопросыетынные.

ГавриковД.Е.

Устойчивоеразвитичеловечества

[e-mail] M1. УЕ1. 1. | 4

ТЕРМИНЫУЕ1.1.
§ Адаптивность – стремлениексостояниюустойчивогоравновесия,к			о-
тороепредполагаетадаптацизменяющимсяпараметровсиск емы
параметрамвнешнейсреды.
§ Детерминированныйдинамический( )хаос		– видимслучайноеп в	е-
дениесисте,неснатом,чтоывотряоснэтогоповве		едениялежат
вполнеопределенныепричиныдетерминирова( значитопределе).	но

§Иерархичность – каждыйкомпонентсистемыможетрассматриваться каксистемаподсист( )болееширгломасистемыкойбальной.

§	Надёжность – функционсистемыпривыходестрозрование			яодной
	изеёкомпонент.
§	Недетерминированныйхаос	– видхаоса,прикоторневсвозможно		я-
	затьмеждусобойпрследствиечинунепредсказуемый( процессили
	явление).
§	Неравновесныйпорядок	– видпорядкаискусственногопроисхожд		е-
	ния,существуеттолькоприусл	овииподачиэнергииили( тательной
	массы)извне.
§	Порядок – определсисобытийилиеявленийманная,подчиняющи			х-
	сязакономерн.Вшироксмысле:порядоквастям			– гармоничное,
	ожидаемое,предсказуемоесостояниеилирасполчегожение			-либо.
§ Равновесный порядок – системанаходитсявравновесииокружа				ю-
	щейсредойтакая( системанеможетэволюционировать).
§	Синергичность – свойси,стприкоторемыводномнаправленность
	(илицеленаправле)действийкомпоусиливаетэффектинностьентов			в-
	ностьфункционирования	системы.
§	Система – комплексэлементов,находящихсявовзаимодействии			б-
	ладающихобщимисвойствами,характеризующимиихкакцелое.
§	Хаос – неупорядоче,случайное, прогповедениеозируемоеноеэл			е-
	ментовсистемы.
§	Эмерджентность – свойс,прикоцтвоором		елифункции( )компонентов
	системыневсегдасовпадаютцелямифункция( ) .стемыи

ГавриковД.Е.	Устойчивоеразвитичеловечества	[e-mail] M1. УЕ1.	1. | 5
	ТЕОРИЯУЕ1.1.	систе-
Ключевыммомепонстомиявляетсяманиистемположение,что
манеестьпросумматаявойствсоставляющихеёэлементов.		Тоестьу	и-
стемывцеломвс	егдаестьк ,чествосвойс,котороевосуеёэлеметствует		н-
тов.
Класистемсификация
Существуетогркомноеличклассификацийсистемтвопоразличным
признакам.
IВ.зависимостиотструктурыпространственно		-временныхсвойств:

§простые,

§сложные.

Простые – си,стемыостоящиеизнебольшогоколичестваэлементов взаимосвязеймеждуними.

Сложные – характеризуютсябольшимчисломэлементоввнутренних связей.Компслосистемжныхнентымогутрассматриватьсякакподсистемы,

каждаяизкотможетбытьрых представленаещеболеепростымиподсистем а- мит.д.

IIПохаракте. обменасвнешнейсредо:у

§	открытые,
§	закрытые.
Открытой называсист,котораявзаимодействуеттсямасокружающей
средойвеществом,энергиейилиинформаций.Всереальныесистемы			являются
открытыми.Открытявляесистемачасбобщейтлееьюсясистемыилин			е-
сколькихсистем.
Закрытой называсист,котораяневзтсямаимодействуетсосредой			е-
ществом,энергиейилиинформаций.Закрысистпрыемыдставляютсобой
идеальнуюабстрактную		модереаситульнойсиацкнеситемуществих	у-
ет.

IIIПореакции. навнешниевоздействия:

§неравновесные,

§равновесные. Неравновесныесистемы:

1)реагируютнавнешниевоздействия;

2)ихповедениеслучнезависитотйноначальныхусловий;

3)имеютбифуркации илипереломныеточкивразвисис. тииемы Равновеснсистемхарактпротые показателямизуютсявоположными.

Указатипысинсныетемуществуютизоли.Какпр,оадаинлоно
типсистемодноявляетсяиременнодругим.Такимобраз,п итогдв, мдя		т-
метим,чтореальносуществующиесистемы	– это сложткрытыенера	в-

ГавриковД.Е.		Устойчивоеразвитичеловечества		[e-mail] M1. УЕ1.	1. | 6
новесистемы. ные		Основныесвойстватакихсистемэто		– необратимость
процес,вероятностьислучайностьов				.
Свойствасистем
Подсвойствомпонимаютрбъекта, нуславегоотличиевающую
отдругобъектовилисходствонипроявляющуюсямипривзаимодействии
сдругимиобъектами.
А.Свойствасистем,связцелями,функцияминныеструктурой
А1.	Синергичность – однонапрадейсткомпоусиливлеийнентовность				а-
етэффективностьфункционирова			ниясистемы.
На:появлениеримерновоговидаэв ,действиелюциимышцодном
направле,образовзакл( )нииовогооргадкание,явлениядифференцировкина
вразвитииорганпр. зма
А2. Приорнтерсистемывысшегоуровня				перединтересамиеё
компонентов.
На,привысокплотностимерйпуляцииначдействоватьнаютм					е-
ханизмы,снижающиечисленность.Падальнпервымимухи, поедающие					а-
даль,откладываютяйца,ибольшаячастьвышедшихизяицличинокбывает
обеспеченадостатоколичествомпищи.Лным				ичинкам,вылупившимсяпозже,
пищиможетнехватать,ионипогибнут.Тоестьнаконкретныхособейэтоде					й-
ствуетотрицательноони(погибают),вцеломспособствуетустойчивости
экосистемы.
А3.	Эмерджентность – целифункции( )компонсистневсегдантовмы
совпадаютсцелямифункция( )с .стемыи
Напр,водорлородкимер,сое, аютводуиняясь,тоестьвещество,
совершеннонепохожеенаисходныегазы.
А4.	Иерархичность – каждыйкомпонентсистемыможетрассматриваться
каксистемаподсист( )болееширокома				йглобальнойсистемы.
Например,иерархиюсистемможноодныхпредввидеставитьлд					у-
ющейцепочки:		элеменчастарныеицы		- атомы - молекулы - клетки - много-

клеточные - экосистемы - биосфера - космическоетело		- звезднаясистема	-
галактика - скоплениега	лактик - Вселенная.Междууровнямиприведенной
иерархбиоснесущиистемч гранствуетткихилразрывови.ц
Междудвумялюбымисоседнимиуровнямимеетмаспромежутосая			ч-
переходныхформ,например, олекула	- макромолекулаполимер( )		- слож-
номолекулярныйкомплексвирус( )	- коацерватнаякапля	- клетка.
Б.Свойствасистем,связресурсаминныеособенностямивзаим			о-
действиясосредой
Б1. Адаптивность – стремлениексостояниюустойчивогоравновесия,к			о-
тороепредполагаетадаптацпараметровсискизмюемы		еняющимсяпараме	т-
рамвнешнейсреды.
Например,адаптациирастенживоткусловиямвнешнейыхсреды
(зимнийсонумедведя).

ГавриковД.Е.		Устойчивоеразвитичеловечества		[e-mail] M1. УЕ1.	1. | 7
Б2. Надёжность – функционсистемыпривыхстроязрованиеодной
изеёкомпонент.
Например,надежностьси амотемыв чищенияды				вэкосистеме	у-
ществляетсяблагодарямножественностипроцессов,слагающихэтусистему
работающихвкакой		-томерепараллельнодругуиподстраховывающих
другатак(,процессыферментативразрушеполлютантовводныхияого
экосистемахпараллельн		оведутбактериигрибы).
Порядокихаос
Двекрайности,противополож,наблюдаемыереальмирепор( ности			порядок – определсисобытийилиеманная		я-
док – ха)С.однст,ойроны
явлений,подчиняющихсязакономерн.Вшироксмыслепорядоквастям
– гармоничножидаемое, ,предсказуемоестояниеилирасполчегожение					-
либо.	Гдемынаблюдаемпорядок?Порядоксменысоб тий			– движепла, нетие
вращенпоявлениеЗемл, кометыиГаллмаятника,движение,поезд,идущий
порасписанию.
Порядок,равновесие,усто			йчивостьвсегдасчитались,чутьнеглавными
техническимидостоинств.Кактутнеопасвнешбеспорядкатьсями,него					е-
определ,зыбкости.Неупннпроцессыстирядоченныемогутикводить
катастрофам.Например,неправильныйвыброк фиилихвосьевя				тового
оперениясамолетовполетеможетпривестикразрушениювсейконструкции.
И,сдругойстороны,		хаос –		бесковокупностьнечнаяразнородныхоб	ъ-
ектов,явленийпроцессов,находящаясянепрбеспорядочномрыв					и-
жении.Хаотическоеметаншар ка				врулетке,броуновскоедвижениечаст	и-
цыподслучайнымиударамисоседей« »,беспорядочныевихту булентности,
образующпритеченжисдиостаточнокостиесябольшскоростью. й
Хаотическихпроцессвприртакжеочемдев,номыьнеговсприн					и-
маемихкак	хаос,наммиркажевполнестсяабиль.Нашесоз,какнымание
прав,обобщаетилонформацию,воспринорганамичувств,поэтомумаемую
мыневидиммелкихдрожаний« »вокружсреде.Напримерющей,самолет
надержитсяжноввоздушныхтурбулентныхви,и ряхот				яонеупоряди	о-
ченопульсируют.
Упорядоченхаотическиеи явлесвязнмеждуияысобойвают.Ониоп					и-
сываютнепреротстрогихехывныйзакономерностейдаосуслучайного,
инаоборот.
Техническийпрогресссопровождаетсяпоявлениемвсебо ееожных					и-
стем игарантияустойчивостиихработы,отсутствиенепредсказуемыхсбоев,
становсеболееважнойитсязадачей.				Ихотясущностьпорядкаихаосдосих
порнесформулиро,впоследгодыпоянадеждавиеилразобратьсяанавсь
действиимеханизмовнепредсказуемости,				включаяпереходыпорядок« →хаос»	П
либоха«→порядокс»такие(переихдвунаправленностьодыобозначают
↔Х ).

ГавриковД.Е.		Устойчивоеразвитичеловечества				[e-mail] M1. УЕ1.		1. | 8
По:равядокинеравновесный
Порядок вфизичес,экологическ, номическойлюбдругой
системеможетбытьдвухидов:					равнонеравновесныйи		.Приравн	о-
весномпорядкесистеманаходитсявравновесиисосвоимокружением								(пара-
метрысистемыокруженияодинаковы					),т.е.онобмениваетсяевеществом,
энергиейинфсокружающимрмациеймиром						;принеравновесномпорядке
происходитобмен . Одинизнаиболеезначимыхпараметров						этемпературао:
никакоеравновесневозможно,есливнутрирассмасистемытемприваемой								е-
ранетуракакокружения, .Приэтомсразувозникаюттепотокиловые,
перетектеплотгорячихтелакхолоднымние,						котобудетпродолжаться
техпор,покатемпера		туравнутрисистемынеуравновеситсятемпературов
вовнет(	ак,выключенныйэлектрическийутюгбыстроприобретаеттемпера уру
комнаты – «окружающейсреды»:междуни устажениемавливается
равновесие).		равнпорядоквесный
Напервыйвзгляд						болеестабилен« »,чемнеравн		о-
весный.Всамойприродеравн заложеновеснрядкапр готиводействие								ю-
бымвнешнимвозмущениямтакое( упрямство« »тер назыводинамикеется
принципомЛе		-Шателье).
Способностьвозвращат			ьсякисхсостднояниюму			– непременноесво		й-
ствоназываемыхаксаморегулирующихсясистем.Иотясаморегулиров«								а-
ние» – терминсравнедавительно,воз,посуществуй,квместекиб								р-
нетик,самойрегулирующипроцессывстречаютсяприродсплошься								ря-
дом.Примертакогопроцесса			– природядерреак,коныйпрорабторый					о-
талпримернополмиллионалет.				В1972годунаурановместОкломрождении
вафриканскойреспуГабонбылпровзотопныйкеанализденруд.Неож								и-
даннодлявсрехзультатыоказалисьне					обыч:конизотопаымиценуранрация			-
235оказаласьнамногонижеестественной						– внекоторыхместахобеднение
(«выгорание»)уранадостигало50%Втожевремяисследователи. обнаружили
огромныйизбыттакихнеодима(топовк,рутения,ксенонадругих),кот								о-
рыеобычвозпнроикаютеакцииделенияурана						-235.
Былсделанвыв,чтоколодвухмиллитомуетнавОклордовзадбыл
пущенатомныйреактор,прорабопримернопятьавшийыс.Дляотячелетий
работыреакторанужензамедлительейтронов,например,вода.Он							амогла
случайноскопитьсявместорожденияхвысокойконцентрациейурана							-235и
запуститьядерныйкотел.Апотомначсамлось:регуувеличениемрование
мощностиреакторавыделялосьмноготеиполаднималасьтемпер.Вод тура
исп,замедляющийряласьнейт				роныслойстановилсятоньше,мощностьр				к-
торападала.Тогвоскдапливно,цикрегулирвьа асьповторялс. вания
Неравновесныйпорядок				иместо,когдаетсистемаполучаетэнергию
(илип тательнуюмассу)		извне.			Неравновесность – неодинпараковость			мет-
ровсиисредтемы		– вызываетпотокитепламассы.Поэтомудляподдерж						а-

нияпорядкатребуетсякомпенсикоторыматьотери,к п неив братдят	и-
мыевыравнивающэнергетические« »потоки.Другимсловами,нужныз	а-
траты.Еслиподпиткуэнергиейекратить	,тосис«темавалится»состояние

ГавриковД.Е.		Устойчивоеразвитичеловечества			[e-mail] M1. УЕ1.		1. | 9
равнпо.Потериверядка,связанныеногосперетектеплилимассы, нием						– рассеяние
называютдиссипат,поихфяколькуивнымизическаясущность
энергии,какговорят,её			диссипация.
Челорганизмвечесуществуетосткий					ояниинеравновесногопорядка,
когдаэнергепокомпенситериическиезасчетэнергопи(уютсял) щива
окислителявоздуха( )Когда. жежизненныйпутьорганизмаканчивается,он
переходитвсостояполногоравновесияиеокружсредой( ющейвновесный
порядок).
Хаос:недетерминированный
Хаос (греч.χάοςотгреч.χαίνω, раскрываться« ,разверзаться»)							–
неупорядоче,случайное, прогповедениеозируноеэлемсистнтовмое							е-
мы.Мнгодыполагалигие,что				хаос –	этоотражениесложного	поведения
большогоколичечастиц, ,торыеваалкив,создаюткартинунеупорясь							я-
доченногоповедения.Наиболеехарактерныйпримертакойкартины						– броунов-
скоедвиженводемелкчастиц.Онохотрхажаетотеическиепловы							е-
ремещениягромадногочисламо				лекулводы,случайнымобразоударяющихпо
плавводеающчаст,вынуждблужданиямиихцамкслучайным.						недетермини-
Такпройказываетсяцессполностьюнепредсказуемым,
рованным,	посколькуточноустановпоследоизмененийтьват льность
направлениидвиже			ниячастицыневозможно		– мыведьнезнаем,какдвижутся
всебисключениязмолекуводы.Отсюста,чтоыдуетневоовится							з-
можнымвынеститакиезакон, опмерностизвбыпрогнчноляли							о-
зироватькаждоепоследующееизментрачастицыктниерии						предыдущему
еёсостоянию.Инымисловами,неудаетсянадежносвмеждузатьсобойпр							и-
числедствиенуилииначе,формализоватьпричинно					-следственныесвязи.Т		а-
койвидхаосаможнонедетерминированнымзвать.
Однаковсамыепоследниегодывн маниесследовател				детерминированномхаосе		ейвсебольшес	о-
средоточилосьнатакназываемом						.
Детерминированныйхаос				– видимслучайноеп ведениесистемы,			е-
смотрянато,чтовоснэтогоповвележатвполнеденияопределенныеприч							и-
ныдетерминирова( значитопределе).		но
Первыйпримдетерхаминибылобнаружсав ованногоаботЭ е							д-
вардаЛоренца1963году.Онисследовалконвектдвижениегазахвное
жидкостях.Конвективнвозникаетдвижениеблагос вмдаряестному							й-
ствиюполятяжестиградтемпературыента,создаваемог						овнешнимисточн	и-
комтепла.	Представимсебеслойжидкости,котп рыйдогреваетсяснизу.Ко						н-
вективноедвижениевыражаетсятом,чтоб нагрлееэлежидкоститыементы
перемвв,аболеерхщаютсяхолодные				- вниз.Происходиттемсамымпередача
тепласнизуввер			х.Придостмградиентахлыхточнотемпереносатуры
теплаопредзасчтеляетсяплопроводности.Этом лекулярный						- неорганизо-
ванный - процесс.Оннесопровожупорягидродинааетсяоченнымическим
движением,котобы,рпглорегдобноуличногровке						одвижения,
управлятьпере.носомпла

ГавриковД.Е.	Устойчивоеразвитичеловечества			[e-mail] M1. УЕ1.	1. | 10
Ситсуществацияменя,когдаградиенттемннося превышаетературы
некритическоеотороезначение.Изменениепроявляетсятом,чтожидкости
возникаетупорядоченноемакроскопичдвижени.О азываетсякоское					н-
вективным.Врезультатепроисходитсаморегулировкатепловогопотока:вну					т-
риячеекболеетеплаяжидкостьподнимаетсявверх, краямболеехолодная
опусквниз.Таобкимется,распредзомвстртеепотоковлениечныхловых
становитсяупорядоченнымописанное(			явлениеназываетсяячБенарайкио
немговоритьсяУЕ1.2.).
Детерминированныйхап рождаетсянеслучайнымповедениембольш					о-
гоколичестваэлеменсистемы.Именноакойовхаоспривкэнергетичл					е-
скойатастрофевНью		-Йорке.Когдавиюле1977года		Нью-Йорквнезапно	о-
грузилсявотьму,никтодаженепредполагал,чтопричинакатастрофы					– пере-
ходэнергетсистемыгорческзодаавностоянвйхаотическоеесного, я
вызванныйдисбалвырпотреблениянсомботкиэнерг.Неожиданноз
энергетическойсис		темыгородавыппотребителькрупный.Системаавтом			а-
тидиспетчерскаякислнеуспелижбаотключитьэквивалентнуюэтомуп					о-
требителю,посущес,работающуютольковунанег,генерирующуюстанцию.
Нарушилсябалансмеждугенерациейэн потреблениемргииё,				иврезульт а-
теэнергетичесистемаперешлвсостояхаосак.Ситуацияниеепрерывно
ухудшалась,таккаксистемазащитыпотребителейслучайных,хаотических
«бросков»напряжениясбоячастотыначалапоследователотключатьно
предприятотисточниковэ я		нергии.Этобыласамаястоящаякатастрофа			–
развалсистемы.
		ОСНПОЛОЖВНЫЕУ	НИЯ	Е 1.1.
I. Системанеестьпросумматаявойствсоставляющихеёэлементов;у
неевозникаеткакое		-тоновкачотличное, ствокачеэлементовслаг, тв			а-
ющихеё.
II. Основныеклассификациисистем:
1)в зависимостиотструктурыпространственно				-временныхсвойств;
2)похарактобмсвнешнейсредойнару				;
3)пореакциинавнешниевоздействия.
III. Сущегруппы3 свойствуетсистем: в
1)связанныецелями,функциямиструктур				ой;
2)связанныересурсамиособенностямивзаимодействиясредой.
IV. Поряможетбытьдоквухидов:равнеравновесный.При
равнпо,сирядкевенаходитсятеманомвравновесиисосвоимокружением,
параметкоторые, еёха актеризуют,одина				ковыстеми,котохарактерые	и-
зуютокружающуюсреду;принеравновесномпорядкеониразличны.