ОСОБЛИВОСТІ ЕВОЛЮЦІЇ НЕРІВНОВАЖНИХ СИСТЕМ

Наука - найважливіше, найпрекрасніше і найпотрібніше в житті людини.

Л.П. Чехов

Закони термодинаміки, є узагальненням великої кількості експериментального матеріалу, досвіду, стверджують, що ізольована замкнута система з часом приходить в стан рівноваги. З молекулярно-кінетичної точки зору положення рівноваги відповідає стану максимального хаосу. При видаленні від рівноваги состояни стає все більш нестійким і навіть малі зміни якогось ліб параметра можуть перевести систему в новий стан. Тому при вивченні утворення нових структур від замкнутих систем слід перейти до розгляду систем відкритих, які можуть обмінюватися з навколишнім середовищем речовиною або енергією, тобто нерівновагим станів. Відмінності нерівноважної структури від рівноважної полягає в наступному:

  • 1. Система реагує на зовнішні умови (гравітаційне, електромагнітне поля і т.п.).
  • 2. Поведінка системи випадково і не залежить від початкових умов, тобто не залежить від передісторії.
  • 3. Приплив енергії створює в системі порядок, і, отже, ентропія зменшується.
  • 4. Наявність у розвитку системи біфуркації - переломною точки.
  • 5. Когерентність - система веде себе як єдине ціле і як якщо б вона була вмістилищем дальнодействующих сил.

Таким чином, розрізняють області равновесности і неравновесное ™, в яких може перебувати система. Її поведінка при цьому істотно змінюється.

Вивчення нерівноважних станів дозволяє дійти спільних висновків щодо еволюції в неживій природі, при якій відбувається перехід від хаосу до порядку. Еволюція неживої природи є складним імовірнісним процесом з вельми варіюється співвідношення детермінованих і стохастичних компонентів, і тому її загальні хід у чомусь непередбачуваний. Непередбачуваність еволюції не абсолютна. Одні деталі передбачити неможливо, інші деталі можна передбачити з більшою або меншою вірогідністю, де занадто багато залежить від обставин, об'єктивно випадкових по відношенню до хід процесу.

Еволюція системи повинна відповідати таким трьом вимогам:

  • 1) в розвитку системи спостерігається необоротність, виражающаяс в порушенні симетрії між минулим і майбутнім;
  • 2) виникає необхідність введення при розгляді розвитку поняття «подія»;
  • 3) деякі події повинні мати здатність змінювати хо еволюції.

При цьому основними умовами формування нових структур є наступні: 1) відкритість системи; 2) знаходження її далеко від рівноваги; 3) наявність флуктуацій в системі.

Чим складніше система, тим більше численних типів флуктуацій, що загрожують її стійкості. Але в складних системах існують зв'язки між різними частинами. Від результату конкуренції між стійкістю, яка забезпечується зв'язком, і нестійкістю, вознікающіі через флуктуації, залежить поріг стійкості системи. Перевершивши цей поріг, система потрапляє в критичний стан, зване точкою біфуркації. У ній система стає нестійкою щодо тверджень флуктуацій і може перейти до повий області стійкості, тобто до утворення нової більш складної системи. Система як би колеблетс перед вибором одного з кількох шляхів її еволюції. Невелика флуктуація може послужити в цій точці початком еволюції в зовсім новому напрямку, яке різко змінить все її поведінку. Ет і є подія.

У точці біфуркації випадковість підштовхує те, що залишається від системи, на новий шлях розвитку; а після того як один з багатьох можливих варіантів обраний, знову вступає в силу детермінізм - і та до наступної точки біфуркації. У долі системи випадковість і необхідність взаємно доповнюють один одного.

Чільну роль в еволюції навколишнього світу грають не порядок, стабільність і рівновагу, а нестійкість і неравновесность, тобто всі системи невпинно флуктуіруют. В особливій точці біфуркації флуктуація досягає такої сили, що організація системи не витримує і руйнується, і принципово неможливо передбачити: чи стане стан системи хаотичним або вона перейде на новий, більш диференційований і високий рівень впорядкованості, який називають дисипативної структурою. Нові структури називаються диссипативними бо для їх підтримки потрібно більше енергії, ніж для підтримки більш простих структур, на зміну яких вони приходять. Дисипативні структури існують лише остільки, оскільки систем диссипирует (розсіює) енергію і, отже, змінює ентропію З енергії виникає порядок із збільшенням загальної ентропії. Таки чином, ентропія - не просто невпинне зісковзування систем до стану, позбавленому будь-якої було організації (як думав прихильники «теплової смерті» Всесвіту), а при певних умови стає прародителькою порядку. З одними і тими ж граничним умовами виявляються сумісними безліч різних діссііатівних структур. Це наслідок нелінійного характеру сильно нерівноважних ситуацій. Малі відмінності можуть привести до великомасштабних наслідків. Отже, граничні умови необхідні, але не доволі динамічно для пояснення причин виникнення структури. Необхідно також враховувати реальні процеси, що призводять до «вибору» однією з можливі структур. Саме тому (а також в силу деяких інших причин) приписують таким системам певну «автономію» або «самоорганізацію».

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >