Особливості еволюції нерівноважних систем - студопедія
Наука - найважливіше, найпрекрасніше і найпотрібніше в житті людини.
А. 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 стан максимального хаосу. При видаленні від рівноваги стан стає
все більш нестійким, і навіть малі зміни будь-якого 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, т. Е. Нерівновагим станів. Відмінності нерівноважної структури від рівноважної полягають в наступному:
- Система реагує на зовнішні умови (гравітаційне, електромагнітне поля і т. П.).
- Поведінка системи випадково і не залежить від початкових умов, т. Е. Не залежить від передісторії.
- Приплив енергії створює в системі порядок. і, отже, ентропія зменшується.
- Наявність у розвитку системи біфуркації - переломною точки в розвитку системи.
- Когерентність - система веде себе як єдине ціле, як якщо б вона була вмістилищем дальнодействующих сил.
Таким чином, розрізняють області равновесности і нерівноважності, 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 співвідношенням детермінованих і стохастичних компонентів, і тому її загальний хід у чомусь непередбачуваний. Непередбачуваність еволюції не абсолютна. Одні деталі передбачити неможливо, інші можна передбачити з більшою або меншою вірогідністю, де занадто багато що залежить від обставин, об'єктивно випадкових по відношенню до ходу процесу.
Еволюція системи повинна відповідати таким трьом вимогам:
1) в розвитку системи спостерігається необоротність. що виражається в порушенні симетрії між минулим і майбутнім;
- виникає необхідність введення при розгляді розвитку поняття "подія";
- деякі події повинні мати здатність змінювати хід еволюції.
При цьому основними умовами формування нових структур є наступні:
1) відкритість системи;
2) знаходження її далеко від рівноваги;
3) наявність флуктуації в системі.
Чим складніше система, тим більше численні типи флуктуації, 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, що виникає через флуктуації, залежить поріг стійкості системи. Перевершивши цей поріг, система потрапляє в критичний стан, зване точкою біфуркації. У ній система стає нестійкою щодо флуктуацій і може перейти до нової області стійкості, т. Е. До утворення нової більш складної системи. Система як би коливається 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. Це 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 так 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, т. Е. Все 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
497
називаються диссипативними, тому що для їх підтримки потрібно більше енергії, ніж для підтримки більш простих структур, на зміну яким вони приходять. Дисипативні структури існують лише остільки, оскільки система диссипирует (розсіює) енергію і, отже, виробляє ентропію. З енергії виникає порядок із збільшенням загальної ентропії. Таким чином, ентропія - не просто невпинне зісковзування системи до стану, позбавленому будь-якої було організації (як думали прихильники "теплової смерті Всесвіту"), а при певних умовах стає прародителькою порядку. З одними і тими ж граничними умовами виявляються сумісними безліч різних дисипативних структур. Це - наслідок нелінійного характеру сильно нерівноважних ситуацій. Малі відмінності можуть привести до великомасштабних наслідків. Отже, граничні умови необхідні, але недостатні для пояснення причин виникнення структури. Необхідно також враховувати реальні процеси, що призводять до "вибору" однією з можливих структур. Саме тому (а також в силу деяких інших причин) приписують таким системам певну автономію або самоорганізацію.