- •Шапиро с.В. Основы синергетики
- •Введение
- •Глава первая. Основные определения и постулаты
- •1.1.Три сущности окружающего мира
- •1.2.Что такое материя?
- •1.3. Что такое порядок?
- •1.4. Что такое пространство и время?
- •1.5. Что такое масса и энергия?
- •1.7.Что такое синергия? Взаимосвязь энергетических (материальных) и информационных процессов
- •Глава вторая. Почему возникает порядок?
- •2.1. Почему время необратимо?
- •2.2 Созидательная роль двух тенденций природы
- •2.3. Возникновение простейших упорядоченных состояний
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава третья. Как возникает порядок?
- •3.1. Спонтанное возникновение порядка на молекулярном уровне
- •3.2 Конденсированные системы
- •3.3. Неравновесные системы
- •3.4. Диссипативные системы
- •3.5. Основные законы накопления порядка в диссипативных системах
- •3.6. Неравновесные процессы в химии. Химическая эволюция.
- •3.7.Вселенная, как неравновесная система
- •Вопросы для самоконтроля
- •4.1. Определение и основные признаки управляемых систем
- •4.2. Принцип устройства и действия систем отрицательной обратной связи
- •4.3. Динамика систем обратной связи
- •4.4. Непрерывные (аналоговые) и дискретные (цифровые) способы передачи информации в управляемых системах
- •4.5. Примеры передачи дискретной информации в биологических системах
- •4.6 . Сложные структуры обратной связи. Системы оптимального управления
- •Глава пятая. Информационные процессы в биологических системах
- •5.1. Определение и основные признаки биологических систем
- •5.2. Термодинамика клетки. Возникновение цели.
- •5.4 Самовоспроизводство управляемых систем. Теорема фон Неймана
- •5.5. Структура информационной системы клетки
- •5.6. Информационные процессы в клетке
- •5.7. Сохранение и совершенствование генетической информации
- •5.8. Генная инженерия
- •5.9. Управление в клетке
- •5.10. Управление в многоклеточных организмах
- •5.11. Происхождение и эволюция живых организмов
- •Хордовые
- •5.12. Биосфера.
- •5.13. Формирование нервной системы высших животных
- •5.14. Кибернетика поведения высших животных. Поведенческий инстинкт
- •Глава шестая. Интеллектуальные системы
- •6.1. Определение и основные признаки интеллекта
- •6.2. Познание окружающего мира. Самопознание человеком самого себя
- •6.3. Творчество. Духовная жизнь человека
- •6.4. Мировоззрение
- •6.5. Тезаурус
- •6.6. Труд. Воля
- •6.7. Уровни мышления человека: сознание и подсознание. Связь с другими инстинктами человека
- •6.8. Происхождение и эволюция интеллекта
- •Принципиальная логическая цепочка превращения поведенческого инстинкта в интеллект
- •6.9. Хронология становления человека
- •6.10. Труд животных и человека
- •Которая привела к нервной системе управления
- •6.11.Вера и эстетическое чувство у истоков интеллекта
- •6.12. Приобретённое и врождённое в языке
- •6.13.Искуственный интеллект
- •Модель познания внешнего мира интеллектом
- •Ноосфера
- •7.1. Определение, основные признаки и свойства социальных систем.
- •7.2. Производство
- •7.3. Рынок
- •7.4. Государство
- •7.5. Потребление
- •7.6. Общественный интеллект – естественная основа формирования социальных систем.
- •7.7. Роль интеллекта в расширенном воспроизводстве
- •7.8. Происхождение и эволюция общественного интеллекта и социальных систем
- •7.9. Ноосфера
- •Содержание
- •1.1.Три сущности окружающего мира 5
3.3. Неравновесные системы
Для того, чтобы возникли перечисленные выше упорядоченные агрегатные состояния конденсированного вещества, необходимо, чтобы существовали объекты, температура которых ниже, нежели исходная температура того множества молекул, которое принимает это состояние. Дело в том, что в природе тепловая энергия может передаваться только от объекта большей температуры объекту меньшей температуры. Это обстоятельство является прямым следствием второго начала термодинамики.
Действительно, рассмотрим два тела: 1 – с температурой Т1, 2 – с температурой Т2<T1 (рисунок 3.4). Если первое тело теряет количество тепловой энергии ΔQ1, то изменение его энтропии отрицательное
Зато энтропия второго тела положительная, так как оно получает тепловую энергию ΔQ2=ΔQ1:
Суммарная энтропия этих двух тел возросла:
Ясно, что если бы передача тепловой энергии от первого тела второму не происходила, то изменение энтропии было бы равно нулю. Если бы теплота передавалась от 2 к 1, то изменение энтропии было бы отрицательным. И то, и другое противоречит второму началу термодинамики.
Когда на пути передачи теплоты от более нагретого тела к менее нагретому расположено третье тело, то в нём возможны процессы, связанные с уменьшением энтропии, т.е. процессы упорядочивания. Действительно, пусть часть тепловой энергии ΔQ1 теряется в этом третьем теле О (рис. 3.5) в виде энергии W0. Тогда теплота ΔQ2 становится равной
ΔQ2 = ΔQ1 - W0.
Энтропия движения молекул в теле О может быть отрицательной, если соблюдается условие
(3.4)
Рис. 3.4
Появление отрицательной энтропии при передаче тепловой энергии
Действительно, эта энтропия ΔS0 складывается из двух
(3.5)
и может быть меньше нуля при сформулированном выше условии (3.4). В формуле (3.5) теплота ΔQ1 имеет знак плюс, так как поступает в тело О, а ΔQ2 – минус, так как передается телу 2.
Рис. 3.5.
Термодинамически неравновесная система трёх тел: 1 - источник тепловой энергии; 2 - холодильник; 0 - открытая система.
Как видим, при наличии объектов с разными температурами возможно формирование упорядоченных структур из хаотических, но при одном обязательном условии – часть тепловой энергии обязательно должна быть передана объекту с низкой температурой. Такие процессы и соответствующие им системы именуются неравновесными.
Следует подчеркнуть, что эти процессы естественные и формируют порядок, гармонию в ограниченной области пространства. Причем движущей силой их служит энтропия, т.е. присущая всем природным явлениям тенденция к хаотическому движению.
Главная особенность неравновесной системы – устойчивое существование в условиях непрерывного производства отрицательной энтропии (гармонии). В нашей повседневной жизни мы непрерывно сталкиваемся с такими системами. Это, во-первых, все живые организмы и биосистема в целом. Это, во-вторых, все, что создано творчеством человека, в первую очередь, индустрия. Это, в-третьих, большинство явлений неживой природы на земле.
Обобщенно элементы неравновесной системы именуются [2, 3, 12, 86] следующим образом: 1-источник тепловой энергии (или просто источник энергии), 2 – акцептор тепловой энергии (или просто холодильник), 0 – открытая система. Ясно, что главным элементом неравновесной систем являются открытая система, так как именно в ней формируется порядок.
Ещё раз отметим, что тепловое, хаотическое движение в открытой системе может преобразоваться в упорядоченное (механическое, гидравлическое, аэродинамическое, электрическое, химическое и т.п.) только под воздействием базисных физических полей.
По сути дела, эти процессы и системы и являются совокупным "творцом" всего того многообразного в своей гармонии мира. Необыкновенно красивые кристаллы, причудливые исполины – горы, фантастическая архитектура пещер, реки, озера, моря, закаты и восходы, айсберги, голубое небо и радуга, полярное сияние, громы и молнии, снег и дожди, звезды и метеориты, вулканы и горячие источники – все это можно перечислять до бесконечности.