Самоорганизация в живой и неживой природе — реферат

Содержание:

Введение 3
Самоорганизация в живой и неживой природе 4
Заключение 13
Список литературы 14

Введение

Теория самоорганизации и адаптивности выросла из множества научных дисциплин, таких как термодинамика, кибернетика и компьютерное моделирование. Самоорганизацию можно определить как спонтанное формирование из локальных взаимодействий глобально когерентных образов. Вследствие своей распределенной природы эта организация стремится быть живучей, устойчивой к возмущениям.
Появление концепций самоорганизации (синергетики, в частности) можно рассматривать как новый важный этап эволюции науки, наступивший за суперспециализацией, несущий новые возможности диалога наук и новые подходы к их преподаванию.
Недостаточная исследованность проблемы порождает различные толкования в определении понятия самоорганизации. В современных работах можно встретить совсем несхожие между собой определения: в одних явление самоорганизации объясняется внутренними причинами, т.е. доминирующая роль отводится внутренним взаимодействиям элементов системы; в других — главными причинами самоорганизации систем называются внешние факторы, а стабилизация системы объясняется реакцией системы на воздействия внешней среды. Таким образом, концепция самоорганизации, ее теоретико-познавательный статус находятся в стадии становления.


Самоорганизация в живой и неживой природе

Спонтанное зарождение новых структур нетрудно увидеть как в лаборатории, так и в повседневной жизни. Пожалуй, наиболее простым примером является кристаллизация, появление красивых симметричных решеток плотной материи в результате случайного движения молекул. Другой пример - явление Бенара, возникновение шестиугольных ячеек или параллельных кругов в жидкости, нагреваемой снизу. Более сложными примерами являются некоторые химические реакции, такие, как реакция Белоусова-Жаботинского, или "Брюсселятор", позволяющая наблюдать появление спиралей пульсирующего цвета.
Общим для всех этих примеров является самоорганизация: возникновение структур или образов без участия какого-либо внешнего агента. Это выглядит так, будто система молекул переводит сама себя в более упорядоченное состояние. Если в такой системе, как цветок, здание или часы, присутствует организация, мы обычно склонны думать, что есть нечто или некто, кто упорядочил компоненты таким образом. Если мы не можем найти конструктора этой системы, мы обычно объясняем это неведомыми интеллектуальными силами. Этот интуитивный взгляд подтверждается вторым законом термодинамики, который утверждает, что в системе, предоставленной самой себе, энтропия (беспорядок) может только возрастать, но никак не уменьшаться.
В примере с кристаллизацией объяснение достаточно простое. Молекулы, движущиеся случайным образом, которые фиксируются в кристаллической структуре, передают энергию своего движения жидкости, из которой они извлекаются. Таким образом, уменьшение энтропии кристалла компенсируется увеличением энтропии жидкости. А энтропия в целом, в жидкости вместе с кристаллом, существенно возрастает.
В случае, когда самоорганизующаяся система не достигает равновесия, объяснение менее очевидно. Бельгийский исследователь термодинамики Илья Пригожин получил за исследование этой проблемы, начатое в 1950 г., Нобелевскую премию. Он вместе со своими коллегами из Брюссельской школы термодинамики исследовал диссипативные структуры. Это образы, подобные Бернаровским ячейкам или Брюсселлятору, которые представляют динамическую самоорганизацию. Такие структуры по необходимости являются открытыми системами: сквозь них протекает энергия и/или материя. Система постоянно генерирует энтропию, но эта энтропия активно диссипатируется, или экспортируется из системы. Таким образом, это позволяет улучшить собственную организацию за счет порядка во внешней среде. Такая система не противоречит второму закону термодинамики по той причине, что она освобождается от энтропии. Наиболее очевидными примерами диссипативных структур являются живые организмы. Растения и животные берут энергию и материю в форме низкой энтропии, такой, как свет или пища. Они экспортируют ее обратно в форме высокой энтропии, в виде отходов. Это позволяет им уменьшить внутреннюю энтропию, противодействуя, таким образом, деградации, которая должна произойти в соответствии со вторым законом термодинамики.
Экспорт энтропии еще не объясняет, как и почему имеет место самоорганизация. Пригожин отмечал, что такая самоорганизация обычно имеет место в нелинейных системах, далеких от состояния термодинамического равновесия. Термодинамические исследования, основанные на наблюдении физических систем, были дополнены более абстрактным анализом сложных автономных систем в кибернетике. Первая конференция по самоорганизующимся системам, состоявшаяся в Чикаго в 1959 году, была организована той же самой группой ученых, работающих в различных научных дисциплинах, которые были основателями кибернетики.

Комментарии: