- •Лекция 5. Законы статистические или вероятностные. Понятие вероятности
- •Классификация систем. Термодинамика и статистическая физика
- •Понятие состояния. Равновесные и неравновесные состояния
- •Первое начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики
- •Лекция 6. Открытые системы. Самоорганизация в открытых системах
- •Классическая и неравновесная термодинамика
- •Ячейки Бенара
- •Кооперативное поведение в диссипативных системах
- •Лекция 7. Основы строения материи
- •Характеристика атомного ядра
- •Энергия связи ядра
- •Радиоактивность
- •Ядерное взаимодействие
- •Космологическая эволюция
- •Космологические модели Вселенной
- •Предсказание теорий нестационарности Вселенной
- •Открытие расширения Вселенной
- •Критическая плотность. Модели открытой и замкнутой Вселенной
- •Эволюция Вселенной. Физические процессы
- •Физический вакуум
- •Синергетический подход к эволюции Вселенной
- •Лекция 9 Элементарные частицы
- •Античастицы. Физический вакуум. Квантовая теория поля
- •Состав вещества. Физические и химические изменения
- •Структура вещества и химические системы
- •Основные химические законы
- •Реакционная способность веществ. Химические процессы. Самоорганизация и эволюция химических систем
- •Лекция 11. Возникновение и эволюция жизни
- •Лекция 12 Уровни организации живых систем. Онтогенетический уровень живых систем
- •Популяционный уровень
- •Биоценоз
- •Концепция Вернадского о биосфере
- •Переход от биосферы к ноосфере
- •Лекция 13.
Лекция 6. Открытые системы. Самоорганизация в открытых системах
Открытые системы обмениваются с окружающей средой энергией, веществом и информацией. Все реальные системы – открытые. В неорганической природе они обмениваются с внешней средой энергией и веществом. В социальных и гуманитарных системах к этому добавляется обмен информацией. В биологических системах информационный обмен осуществляется, в частности, передачей генетической информации.
Понятие закрытой или изолированной системы представляет собой абстракцию, слишком упрощающую и огрубляющую действительность, так как невозможно найти системы, не взаимодействующие с окружающей средой. Поэтому в новой термодинамике появилось понятие открытой системы, способной обмениваться с окружающей средой веществом, энергией и информацией.
Одно из первых определений открытой системы принадлежит выдающемуся физику Э.Шредингеру: средство, при помощи которого организм поддерживает себя постоянно на достаточно высоком уровне упорядоченности (равно на достаточно низком уровне энтропии), в действительности состоит в непрерывном извлечении упорядоченности из окружающей среды.
Взаимодействуя со средой, система заимствует извне новое вещество и выводит в окружающую среду отработанную энергию. В результате эволюции система постоянно производит энтропию, характеризующую степень беспорядка в системе. Но, в отличие от закрытых систем, энтропия не накапливается в ней, а удаляется в окружающую среду. Использованная, отработанная энергия рассеивается в окружающей среде. Такого рода материальные структуры, способные рассеивать энергию, называются диссипативными. Открытая система не может быть равновесной. С поступлением новой энергии неравновесность в системе возрастает. В конечном счете прежняя взаимосвязь между элементами системы, которая определяет ее структуру, разрушается. Между элементами системы возникают новые связи, которые приводят к изменению структуры. Так схематично можно представить процессы самоорганизации в открытых системах. Немецкий физик Г. Хакен, изучая процессы самоорганизации, назвал новое направление исследований синергетикой (в переводе с греческого: совместное действие или взаимодействие).
Классическая и неравновесная термодинамика
Известно, что для широкого класса необратимых явлений потоки являются линейными функциями термодинамических сил. Под термодинамическими силами понимают градиент соответствующих величин, например, в явлениях переноса.
Ji = ∑Lijxj. Коэффициенты Lij называются феноменологическими или кинетическими коэффициентами. Они могут быть любыми функциями параметров состояния (температуры, давления, состава и т.д.), однако они не зависят от Ji и xj.
В нелинейной термодинамике необратимых процессов в термодинамических уравнениях движения нельзя ограничиваться линейной связью, нужно учитывать члены порядка выше первого и принимать во внимание зависимость кинетических коэффициентов от термодинамических сил.
Процессы самоорганизации в химических системах изучались бельгийскими учеными во главе с Пригожиным. Модели, предложенные им, легли в основу новой, неравновесной термодинамики. Изучение открытых систем – одно из перспективных направлений термодинамики завтрашнего дня. Заслугой неравновесной термодинамики является установление того факта, что самоорганизация является общим свойством открытых систем. Неравновесность служит источником упорядоченности.