2. Самоорганізація як основа еволюції
Самоорганізація - цілеспрямований процес, в ході якого створюється, відтворюється або вдосконалюється організація складної динамічної системи. Властивості самоорганізації виявляють об'єкти різної природи: клітина, організм, біологічна популяція, біогеоценоз, людський колектив. Термін «система, що самоорганізується» ввів англійський кібернетик У.Р. Ешбі.
Флуктуації (від лат. Fluctuatio - коливання) - випадкові відхилення фізичних величин від їхніх середніх значень; відбуваються у будь-яких величин, залежних від випадкових чинників. У статистичній фізиці флуктуації викликаються тепловим рухом частинок системи. Флуктуації визначають теоретично можлива межа чутливості приладів. Флуктуації тиску проявляються, напр. в броунівському русі малих частинок під впливом точно не скомпенсованих ударів молекул навколишнього середовища. Флуктуації характерні для будь-яких випадкових процесів.
Концепція самоорганізації в даний час набуває все більшого значення, стаючи парадигмою дослідження великого класу систем і процесів, що відбуваються в них. У 70-х роках 20-го століття виникла нова наука - синергетика, що вивчає механізми самоорганізації і розвитку. Областю її досліджень є вивчення еволюції різних структур, відносна стійкість яких підтримується завдяки притоку енергії і речовини ззовні. В основі синергетики лежить, серед інших, важливе твердження про те, що матеріальні системи можуть бути закритими і закритими, рівноважний і нерівновагими, стійкими і нестійкими, лінійними і нелінійними, статичними і динамічними. Принципова ж можливість процесів самоорганізації зумовлена тим, що в цілому все живі і неживі, природні і суспільні системи є відкритими, нерівновагими, нелінійними.
Порядок і хаос. В результаті протікання процесів в ізольованих системах самі системи переходять в стан рівноваги, яке відповідає максимальному безладу системи - рівноважний теплової хаос. Таким чином, самоорганізація, або еволюція в разі замкнутої системи призводить її в стан максимального безладу. У реальності, проте, часто спостерігаються абсолютно протилежні явища.
Уже теорія Канта і Лапласа про утворення впорядкованої Сонячної системи з хаотичних туманностей суперечила II початку термодинаміки. Але особливо яскраво проявилося протиріччя II початку термодинаміки з еволюційною теорією Дарвіна. Адже відповідно до неї, в світі живого природно протікають процеси ведуть до ускладнення форм і структур, до збільшення порядку, позбавлення від хаосу і видалення від рівноваги. Іншими словами, самоорганізація в живій природі призводить систему до прямо протилежного стану, ніж самоорганізація в неживих системах. Все це призвело до появи поняття відкритої системи, яке і дозволило усунути згадані суперечності.
Відкритість систем. Такі поняття, як ізольована (закрита) система, незворотні процеси є ідеалізацією. При вивченні оборотних процесів (наприклад, хитання маятника в вакуумі при відсутності тертя) немає сенсу говорити про направлення течії часу, т. К. Минуле, сьогодення і майбутнє в цьому випадку не відрізняються. Тому в рівняннях оборотних процесів час виступає всього лише як параметр, який можна змінювати. Але в реальності в випадку з маятником завжди присутній тертя, коливання маятника будуть затухаючими, і минуле, сьогодення і майбутнє будуть вже відрізнятися. Еволюційним принципом необоротних процесів в живій природі стало II початок термодинаміки, яке стверджує, що ентропія ізольованої системи зростає. Саме зростання ентропії встановлює напрямок протікання процесу, тобто «Стрілу часу».
У своїй книзі «Що таке життя» видатний австрійський фізик Е. Шредінгер вказав на те, що засіб, за допомогою якого організм підтримує себе на досить високому рівні впорядкованості, тобто на досить низькому рівні ентропії, в дійсності складається в безперервному витягу впорядкованості з навколишнього його середовища. Іншими словами, організм отримує з навколишнього середовища негентропії. Відкрита система запозичує енергію і речовину з навколишнього його середовища і одночасно виводить в навколишнє середовище відпрацьоване речовина і відпрацьовану енергію. Виробляючи і запозичуючи енергію, відкрита система виробляє ентропію, але вона не накопичується в ній, а виводиться в навколишнє середовище. З надходженням енергії і речовини в відкриту систему її неравновесность зростає, руйнуються колишні зв'язки між елементами і виникають нові, які призводять до нової структури, новим кооперативним процесам, тобто до колективного поводження її елементів.
Нелінійність. Складні системи є нелінійними. Для їх опису використовуються нелінійні математичні рівняння, тобто рівняння, в яких шукані величини входять в ступенях більше одиниці, в складі математичних функцій (тригонометричних, логарифмічних і т.п.) або коефіцієнти залежать від властивостей середовища і особливостей протікання процесу. Нелінійні рівняння можуть мати кілька якісно різних рішень. Фізично це означає можливість різних шляхів еволюції системи.
Диссипативность. Великий російський математик А.М. Ляпунов розробив загальну теорію стійкості станів систем. Дуже коротко її ідею можна виразити таким чином. Стійкі стану систем не втрачають своєї стійкості при флуктуації фізичних параметрів, оскільки система за рахунок внутрішніх взаємодій здатна погасити виникають флуктуації. Нестійкі системи, навпаки, при виникненні флуктуацій здатні посилювати їх, і, в результаті такого наростання амплітуд збурень система йде зі стаціонарного стану. Критерієм еволюції при цьому є величина (dS / dt) <0, которая указывает направление развития физической системы к устойчивому стационарному состоянию. Эти процессы происходят достаточно медленно, поэтому на каждом этапе как бы достигается равновесие. Величина прироста энтропии за единицу времени в единице объема называется функцией диссипации, а системы, в которых функция диссипации отлична от нуля, называются диссипативными. В таких системах энергия упорядоченного движения переходит в энергию неупорядоченного движения и, в конечном счете, в тепло. Практически все системы являются таковыми, поскольку трение и прочие силы сопротивления приводят к диссипации энергии (диссипация <лат. dissipatio – разгонять, рассеивать).
При певних умовах сумарне зменшення ентропії за рахунок обміну потоками з зовнішнім середовищем може перевищити її внутрішнє виробництво. Тоді невпорядковане однорідне стан системи може втратити стійкість. У ній виникають і можуть зрости до макроскопічного рівня т.зв. великомасштабні флуктуації. При цьому з хаосу можуть виникнути структури, які послідовно почнуть переходити у все більш впорядковані. Освіта цих структур відбувається не через зовнішнього впливу, а за рахунок внутрішньої перебудови системи, тому це явище і отримало назву самоорганізації. При цьому ентропія, віднесена до того ж значенням енергії, зменшується. Пригожин назвав впорядковані освіти, що виникають в дисипативних системах в ході нерівноважних необоротних процесів, диссипативними структурами.
На макрорівні диссипативность проявляється як хаос. На мікрорівні хаос - це не руйнує фактор, а сила, що виводить систему шлях утворення нових структур.
Біфуркація. Вище було сказано, що нелінійна система рівнянь, якій описується практично будь-яка реальна складна система, має не одне, а часом цілий спектр рішень. Відгалуження від відомого рішення з'являються при зміні значення параметрів системи. Тому ми розглядаємо тут ще одне поняття - керуючі параметри (параметри порядку). Зміни керуючих параметрів здатні викликати катастрофічні, тобто великі скачки змінних системи, і ці скачки здійснюються практично миттєво.
Біфуркація (від лат. Роздвоєння, розмноження). Ускладнення структури і поведінки системи тісно пов'язане з появою нових шляхів вирішення в результаті біфуркацій. У сильно нерівноважних умовах процеси самоорганізації відповідають «тонкому взаємодії» між випадковістю і необхідністю, флуктуаціями і детерминистскими законами. Поблизу біфуркацій, тобто різких, «вибухових» змін системи, основну роль грають флуктуації або випадкові елементи, тоді як в інтервалах між біфуркації переважає детермінізм. Ситуацію, що виникає після впливу флуктуації на систему і виникнення нової структури, І. Пригожин назвав порядком через флуктуації або «порядком з хаосу». Флуктуації можуть посилюватися в процесі еволюції системи або затухати, що залежить від ефективності «каналу зв'язку» між системою і зовнішнім світом.
Виділимо основні умови і положення самоорганізації систем:
Інформація про роботу «Антропогенез і самоорганізація»
особливо ступінь резервування. У людини вона дорівнює кільком сотням, у приматів, собак, дельфінів - в межах 10. Початкова стадія антропогенезу дуже показова з точки зору теорії самоорганізації. Виникнення нової стабільної структури - людини розумної - почалося в явно несприятливих для людини умовах. Австралопітеки мали загинути, витіснення їх звичної.
це не викличе симпатії деяких представників старіших і пасивних етносів. Неприязнь малих етносів, в свою чергу, може бути пов'язана з прагненням до протидії асиміляції домінуючими етносами. Молода культура, в свою чергу, може турбувати старіші і тому більш рівні за своїм характером етноси своїм радикалізмом і агресивністю. І все ж процеси сістемосбереженія.
інерційних системах відліку. Просторово-часовий континуум - нерозривний зв'язок простору і часу і їх залежність від системи відліку. Тема 11. Основні концепції хімії 1. Хімія як наука, її предмет і проблеми Найважливішим розділом сучасного природознавства є хімія. Вона відіграє велику роль у вирішенні найбільш актуальних і перспективних проблем сучасного суспільства. К.
ноосферу - сферу взаємодії природи і про-щества, в межах якої розумна людська діяль-ність стає визначальним фактором еволюції. Великий внесок у таке розуміння природничо-наукової картини світу і місця людини в історії Землі вніс П. Тейяр де Шарден. Згідно з ним, в ході розвитку Всесвіту на Землі природним "стрибкоподібним чином" відбувся перехід від неживого.