Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания»
Скачать 1.81 Mb.
|
электронное нейтрино νe электрон e мюон μ таон τ w-бозон w Классификация фундаментальных частиц. протон ядро электрон нейтроны e u u d d u d u d d Условная модель атома изотопа водорода – трития. Во взаимоотношениях ученого с природой обе стороны соревнуются в изобретательности, но управляет этим процессом природа. Всю жизнь человеческий разум ищет в бесконечном разнообразии окружающего мира повторяемость, устойчивость – константы, симметрии. Такой поиск всегда был путеводной нитью для естествознания. Но стоит найти одну группу инвариантов (величин, законов), ту или иную форму симметричности, как вскоре обнаруживаются их нарушения в определенных условиях, вынуждающие искать новые, более фундаментальные константы. Есть предположения, что эволюционируют, изменяются даже сами константы(!?) природы. В поиске новых уровней симметрии обнаруживалось, что строгие, без отклонений симметрия и устойчивость – предвестники болезней (сердца, психики, экономики, культуры), признаки стагнации, омертвения. И тогда оказывалось, что наряду с условиями устойчивости не менее необходимо искать условия и формы перехода на новый уровень стабильности. Решение необычных и масштабных задач требует нестандартных путей, отказа от «инерции мышления». Ярким примером является проблема понятия элементарности. В свое время делимость атома была воспринята как абсурдная, но сейчас, открывая новые уровни материи, ученые задаются вопросом: существует все-таки предел делимости или процесс этот продолжается до бесконечности («матрешка в матрешке»)? Новая концепция, сменившая сведение сложного к простым составным частям, предполагает, что частица не «состоит из…», а «образована из…» (т.е. учитывает взаимосвязь частиц микромира между собой и с макромиром). Объекты и явления всех уровней окружающего мира взаимосвязаны в единое целое, так как имеют общую основу – элементарные частицы. Соответственно, существуют фундаментальные, несмотря на кажущуюся противоречивость, законы природы.
Любая система из всех возможных состояний реализует наиболее вероятное.
В открытых малых системах энтропия может самопроизвольно убывать (рост кристалла – переход от хаоса к порядку с убыванием энтропии), причем обратимо. В макросистемах процессы, связанные с ростом энтропии и рассеянием энергии, необратимы (капля чернил в стакане воды; разрушение здания; посмертное разложение тел живых организмов). Со времени открытия второго закона термодинамики возник вопрос: как можно согласовать вывод о неизбежном(?) возрастании энтропии с наличием в природе разнообразных процессов самоорганизации? На каком основании возникают упорядоченные, высокоорганизованные системы? Самоорганизация – природный скачкообразный процесс, выводящий систему из критического (при данных условиях) состояния на более высокий уровень сложности и упорядоченности по сравнению с исходным. Самоорганизация возможна только в неравновесных системах, обладающих определенными признаками, а именно следующими.
Долгое время считалось, что существует противоречие между вторым началом термодинамики и эволюционной теорией Дарвина. Действительно, в живой природе благодаря принципу отбора непрерывно происходит процесс самоорганизации, причем живые системы характеризуются как высокой упорядоченностью структур, так и упорядоченностью поведения в пространстве и времени. Возможно это потому, что живая система – есть открытая, неравновесная система, энтропия которой может и прибывать, и убывать. В природе существуют два вида упорядоченности:
Упорядоченные состояния, возникающие в ходе неравновесных (необратимых) процессов с рассеянием энергии названы диссипативными структурами (Пригожин). Для возникновения диссипативных структур необходимо соблюдение определенных условий.
Нелинейными или разветвленными являются процессы, результат которых неоднозначен и может быть предсказан только с определенной (малой) степенью вероятности. Процессы в нелинейных системах могут быть случайными и целесообразными. Понятие целесообразности претерпело длительную эволюцию с уровня мифологии, религии до научного понимания (у сложных систем с обратной связью). Самоорганизация не связана с каким-либо особым классом веществ и обуславливается только особыми внутренними и внешними условиями системы и окружающей среды. Устойчивость диссипативных структур определяется устойчивостью источников энергии и зависит от времени их существования. Вдали от равновесия при одних и тех же параметрах системы возможно несколько решений, лишь случай (вмешательство внешней среды) решает, какой путь будет реализован. Внутренние отклонения в системе от некоторого среднего состояния (значения параметров), вызванные как внутренними, так и внешними факторами, называются флуктуациями. Будучи малыми, внутренние флуктуации или внешние возмущения гасятся в системе, но при их накоплении система отклоняется от стандартного состояния и переходит к новому режиму. Это явление называется бифуркацией, благодаря которой в системе появляются множественные новые решения и создаются условия для инноваций. Процесс возникновения бифуркаций делает эволюцию неравновесных систем скачкообразной и нелинейной. Бифуркации – неотъемлемая часть процесса развития. Переход в точке бифуркации необратим! Следует помнить, что в окружающем мире действует и детерминизм (неизбежность критических моментов – прихода системы в точку бифуркации) и случайность (возникновение флуктуаций; выбор пути в точке бифуркации). То есть случайность и необходимость выступают не как несовместимые противоположности: в судьбе системы случайность и необходимость играют важнейшие роли, взаимно дополняя одна другую. В биологии – сочетание наследственности и изменчивости. Периоды и процессы структурных перестроек характеризуются как хаос, но порядок возникает не вместо хаоса, а через хаос, в результате самоорганизации. Стабильность (динамическое равновесие) → флуктуации→ усиление неравновесности (хаос) → бифуркация → новое, более высокоорганизованное состояние, либо разрушение (или возврат в прежнее состояние?). Оставались неразрешенными проблемы: почему никакая живая система не может возникнуть случайным образом? Почему структуры живого не достигают стабильности? По идее Пригожина, чрезвычайно часто встречающиеся флуктуации, отклонения от равновесных состояний, не могут быть приписаны только «чистым случайностям». На всех уровнях – от микромира до мегамира – динамические системы оказываются обязанными своим существованием тем структурам, которые осуществляют их взаимодействие. При этом выявляется механизм «тонкой подстройки», адаптации этих структур к изменяющимся условиям. Вступает в действие обратная связь, которая не просто заставляет систему выправляться согласно намеченной цели (приказы сверху), но гибко ставить новые, изменять их (приказы снизу вверх), и тогда изменения, появившиеся в системе, не устраняются, а накапливаются и усиливаются, приводя не к катастрофе, как можно было бы ожидать, а к новому порядку. Отсюда появление новой, синергетической концепции. Синергетика – наука о самоорганизации простых систем в сложные на основе нелинейной термодинамики разветвленных необратимых процессов, наука о превращении хаоса в порядок Синергетика как наука носит междисциплинарный характер и является основой для теории глобальной эволюции Синергетика – совместное действие, кооперативное поведение множества элементов системы, в результате чего возрастает степень организованности системы. Синергетика подтвердила вывод теории относительности о взаимопревращении вещества и энергии и объясняет образование веществ (вещество – это «застывшая» энергия) Так как большинство систем во Вселенной открытые, значит в целом в ней доминируют неустойчивость и неравновесность, которые, в свою очередь, порождают избирательность системы, ее необычные реакции на внешние воздействия среды. Причем некоторые, более слабые воздействия могут оказывать большее влияние на эволюцию системы, чем воздействия хотя и более сильные, но не адекватные собственным тенденциям системы. При этом в неравновесных системах очень слабые возмущения могут усиливаться до гигантских волн («девятый вал»), разрушающих одну структуру и способствуя образованию другой. Теоретически любая система может пребывать либо в области неравновесности, либо в области равновесности. Будучи предоставлена самой себе, при отсутствии доступа энергии извне (закрытая система), система стремится к состоянию равновесия – наиболее вероятному состоянию, достигаемому при энтропии, равной нулю.
За счет взаимообмена системы и среды последняя тоже может изменяться под влиянием системы и снова, в свою очередь, влиять на систему. Такие петли положительной обратной связи распространены в живых системах и составляют основу жизни. Д О П О Л Н Е Н И Е Новый мир (с точки зрения синергетической концепции) – это самоорганизация, структурированность (объединение элементов в группы), сложность, упорядоченность, асимметричность, когерентность и кооперативность, наличие пространственно-временных отношений, дуализм между случайностью и необходимостью (в живых системах дуализм постоянен, в неживых – временен). Неравновесность сложной системы позволяет ей избежать разупорядоченности и трансформировать часть получаемой из внешней среды энергии в упорядоченное поведение нового типа – диссипативную структуру, в которой самозарождается асимметрия, множественность выбора поведения, возникают корреляции в макромасштабе, рождается (и умирает) сложная система с устойчивым неравновесием. Именно диссипативные структуры предопределяют характер эволюции, будущее состояние системы как бы притягивает к себе настоящее. Целесообразное поведение, по мнению Винера, это то, которое «допускает истолкование как направленное на достижение некоторой цели, т.е. некоторого конечного состояния, при котором объект вступает в определенную связь в пространстве или во времени с некоторым другим объектом или событием. Нецеленаправленным поведением является такое, которое нельзя истолковать подобным образом». Целесообразное поведение основывается на механизме обратной связи, т.е. связи между воздействием на объект и его реакцией на это воздействие. Брошенный камень летит по заданной траектории и с заданной скоростью, подчиняясь произведенному воздействию. Иным (целесообразным!) будет поведение кошки, которая активно реагирует на наше воздействие. Диссипация – фактор «выедания» лишнего ( аналогия с созданием скульптуры) с целью совершенствования. Синергетика рассматривает хаос не только как разрушитель, но и как созидательное начало в эволюции, позволяет оправдать воздействие слабых возмущений на сложные самоорганизующиеся системы (каждый отдельный человек не потерян в социуме, он может в критические периоды влиять на макросоциальные процессы). Открытость, нелинейность и диссипация реальных систем предполагают множественность путей эволюции (многовариантность), причем возможно сверхбыстрое развитие в случае нелинейной положительной обратной связи. Т.е. на точку бифуркации можно влиять, управляя внешней энергией и информацией. Кризис системы не есть крах. Крах – это все, гибель, а кризис – это преддверие точки бифуркации, означающий, что есть возможность найти выход из положения. |
Похожие:
 | Учебно-методический комплекс по дисциплине Концепции современного... Учебно-методический комплекс по дисциплине «Концепции современного естествознания» составлен в соответствии с требованиями Государственного... | | Учебно-методический комплекс на модульной основе дисциплины «концепции... Целью курса «Концепции современного естествознания» является обеспечение фундаментальности и целостности высшего образования, что,... |
| Пояснительная записка требования гос к уровню знаний, умений и навыков,... Т. В. Сазанова. Концепции современного естествознания: Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов озо специальности... |  | Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо... Дубов В. П. Концепции современного естествознания. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов специальности 032001.... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания» Учебно-методический комплекс составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... | | Учебно-методический комплекс дисциплины «концепции современного естествознания» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины «концепции современного естествознания» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... | | Учебно-методический комплекс дисциплины «концепции современного естествознания» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины «концепции современного естествознания» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... | | Учебно-методический комплекс дисциплины «концепции современного естествознания» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины Протокол согласования рабочей программы дисциплины «Концепции современного естествознания» | | Учебно-методический комплекс дисциплины концепции современного естествознания... ... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины «концепции современного естествознания» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... | | Учебно-методический комплекс дисциплины «концепции современного естествознания» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания» Контрольный экземпляр находится на кафедре биохимии, микробиологии и биотехнологии | | Рабочая программа дисциплины концепции современного естествознания... Рабочая программа учебной дисциплины «Концепции современного естествознания» подготовлена Голигузовым Д. В., к ф н., доцентом кафедры... |
