Явления самоорганизации. Теория систем

Самоорганизация – образование упорядоченных структур, происходящие не за счет действия внешних сил (факторов), а в результате внутренней перестройки системы. Это фундаментальное понятие, указывающее на развитие в направлении от менее сложных объектов к более сложным и упорядоченным формам организации вещества. Разработкой теории самоорганизации занимаются несколько научных дисциплин: 1) термодинамика неравновесных (открытых) систем; 2) синергетика; 3) теория катастроф.

Произвольно идущие процессы протекают в направлении увеличения энтропии, т. е. беспорядка в системе. В то же время в природе наблюдаются системы, способные уменьшать свою энтропию, т.е. самоупорядочиваться. Это так называемые системы второго рода, или неравновесные системы. Примеры:

1. Циркуляционные потоки в атмосфере и океанах Земли, приводящие к широтному и меридиональному переносу вещества и энергии в атмосфере.

2. Ячейки Бенара − самоорганизация в физических явлениях (возникновение ячеек в форме правильных шестигранных структур в слое вязкой жидкости).

3. Химическая реакция Белоусова-Жаботинского − химические автоколебания.

4. Динамика популяций хищников и их жертв − самоорганизация в биологии.

Устойчивость и неустойчивость. Критические состояния. Бифуркации. Новая структура всегда является результатом потери устойчивости в результате флуктуаций. Потеря системой устойчивости называется катастрофой. Теория катастроф определяет область существования различных структур, границы их устойчивости. Точка бифуркации — критическое состояние системы, при котором система становится неустойчивой относительно флуктуаций и возникает неопределенность: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более высокий уровень упорядоченности.

Обычно точка бифуркации имеет несколько веточек аттрактора (устойчивых режимов работы), по одному из которых пойдёт система. Однако заранее невозможно предсказать, какой новый аттрактор займёт система.

Геохронология

Катархей (5 – 3,5 млрд л. н.). Разрежённая атмосфера, отсутствие кислорода, грозы и извержения вулканов, потоки метеоритов.

Архей (3,8 – 2,5 млрд л. н.). Первые следы жизни.

Протерозой (2,5 – 0,5 млрд л. н.). Появление в атмосфере кислорода, несколько эпох оледенения, эволюция цианобактерий и многоклеточных животных.

Палеозой (540 – 290 млн л. н.). Резкий скачок эволюции – «кембрийский взрыв». Появление всех современных типов животных, первые океанические рифы. Расцвет скелетных животных (рыб, амфибий). Выход растений и животных на сушу, первые леса из хвощей и папоротников. Насекомые (тараканы, стрекозы).

Мезозой (250 – 60 млн л. н.) Формирование современного рельефа Земли,ь два крупных массовых вымирания (70 – 90% фауны). Появление гинкго, саговников и хвойных. Расцвет рептилий (динозавры), первые птицы и млекопитающие.

Кайнозой (60 млн л. н.). Массовое вымирание рептилий, бурный расцвет млекопитающих и костистых рыб, появление цветковых растений. Формирование современных природных зон. Появление и эволюция человека. Вымирание многих крупных животных (в т. ч. из-за охоты).

Антропогенез

Древнейшие представители вида Homo sapiens появились 250—400 тыс. лет назад.

1. Африканская гипотеза: наш вид появился в Африке и оттуда распространился по всему свету, замещая H. erectus (человек прямоходящий) и неандертальцев. В настоящее время наиболее доказанная гипотеза.

2. Мультирегиональная гипотеза: от H. erectus люди эволюционировали как единый вид, в котором гены могли свободно циркулировать.

Около 74 000 лет назад небольшая популяция (около 2 000 человек), пережившая последствия очень мощного вулканического извержения, стала предком современных людей в Африке. 60 000—40 000 лет назад люди мигрировали в Азию, и оттуда в Европу (40 000 лет), Австралию и Америку (35 000—15 000 лет). В последние 50 тыс. лет технология и культура изменяются быстрее, чем в предшествующие эпохи.