Самоорганизация. Синергетическая концепция.

СИНЕРГЕТИКА (от греч. synergetikos совместный, согласованно действующий) научное направление, изучающее процессы образования и массовых (коллективных) взаимодействий объектов (элементов, подсистем): происходящие в открытых системах в неравновесных условиях; сопровождающиеся интенсивным обменом веществом и энергией подсистем с системой и системы с окружающей средой; характеризуемые самопроизвольностью (отсутствием жесткой детерминации извне) поведения объектов (подсистем), сочетающейся с их взаимодействием и имеющие результатом упорядочение, самоорганизацию, уменьшение энтропии, также эволюцию систем.

Объектами исследования являются открытые системы в неравновесном состоянии, характеризуемые интенсивным обменом веществом и энергией между подсистемами и между системой с окружающей ее средой. Среда совокупность составляющих ее объектов, находящихся в динамике. Взаимодействие исследуемых объектов в среде характеризуется как близкодействие контактное взаимодействие. В составе системы реализуется дальнодействие полевое и опосредствованное (информационное) взаимодействие.

Различаются процессы организации, и самоорганизации. Общим признаком для них является возрастание порядка вследствие протекания процессов, противоположных установлению термодинамического равновесия независимо взаимодействующих элементов среды. Организация - процесс усложнения структуры системы при участии стороннего воздействия. Результатом самоорганизации становится возникновение подсистем более сложных в информационном смысле, чем элементы среды, из которых они возникают.

Самоорганизация - процесс преобразования или распада структуры, возникшей ранее в результате процесса организации. Самоорганизующиеся системы обретают присущие им структуры или функции без какого бы то ни было вмешательства извне. Обычно эти системы состоят из большого числа подсистем. Они обладают способностью переходить из однородного, недифференцированного состояния в неоднородное, но хорошо упорядоченное состояние или в одно из нескольких возможных состояний. Самоорганизующиеся системы способны сохранять внутреннюю устойчивость при воздействии внешней среды, они находят способы самосохранения, чтобы не разрушаться и даже улучшать свою структуру.

Неравновесная термодинамика

Неравновесная термодинамика раздел термодинамики, изучающий системы вне состояния термодинамического равновесия и необратимые процессы. Возникновение этой области знания связано главным образом с тем, что подавляющее большинство встречающихся в природе систем находятся вдали от термодинамического равновесия.

К заслугам неравновесной термодинамики относится установление того факта, что самоорганизация является общим свойством открытых систем. При этом именно неравновесность служит источником упорядоченности. Принципы самоорганизации диссипативных систем изложены в ряде фундаментальных работ Ильи Романовича Пригожина «Порядок из хаоса», «Время, хаос, квант» и т.д. Чтобы система могла не только поддерживать, но и создавать упорядоченность из хаоса, она непременно должна быть открытой и иметь приток энергии и вещества извне. Системы, которые в ходе неравновесного процесса из пространственно однородного состояния самопроизвольно образуют пространственную или временную структуру, названы диссипативными.

Направленность эволюции диссипативной системы, направление ее развития, называется аттрактором. И.Р. Пригожин трактует такой переход как приспособление системы к внешним условиям, что обеспечивает ее выживание. Это и есть акт самоорганизации системы. Самоорганизация проявляется в форме гигантской коллективной флуктуации (случайного отклонения системы от некоторого среднего положения), усиленной петлями обратной связи, которая не имеет ничего общего со статистической физикой. В состоянии перехода элементы системы ведут себя коррелированно, хотя до этого пребывали в хаотическом движении. В результате самоорганизации система приходит в новое устойчивое состояние.

В развитии неравновесных термодинамических систем выделяются две фазы: плавная эволюция, ход которой закономерен и детерминирован, и скачки в точках бифуркации, протекающие случайным образом и поэтому случайно определяющие последующий закономерный эволюционный этап вплоть до следующего скачка в новой критической точке.

Важно отметить, что в диссипативных системах, в которых возможно формирование структур, второе начало термодинамики не нарушается. Если диссипативные структуры возникают как очаги внутри большой изолированной системы, то суммарная энтропия будет возрастать. Более того, в расширенной системе, включающей диссипативные структуры, скорость возникновения энтропии будет возрастать за счет генерации энтропии в структурных очагах. Совместимость второго начала термодинамики со способностью к самоорганизации – одно из крупнейших достижений современной термодинамики.

ПРОБЛЕМА ХИМИЧЕСКОЙ ЭВОЛЮЦИИ

три главных подхода к решению отмеченной проблемы: философский, естественнонаучный, прикладной (технический).

Изучение химической эволюции ставит перед философией вопрос о закономерности, месте и роли химической формы движения материи в едином мировом процессе. Материя обладает специфическим способом существования и развития - субстратным синтезом и является закономерным звеном единого мирового процесса. Природа химической формы материи может быть выяснена только в контексте всеобщего мирового процесса. Последний получает объяснение на основе познания каждого из своих составных моментов - физической, химической, биологической и социальной форм материи.

классификации этапов химической эволюции. 1) астрофизический: синтез ядер химических элементов, синтез молекул в межзвездной среде; 2) космохимический: эволюция химических соединений на планетах, спутниках и кометах; 3) геохимический; 4) биогеохимический; 5) антропонимический.

Естественнонаучный подход. Каждому этапу химической эволюции свойственны свои закономерности, которые изучаются соответствующей научной дисциплиной. Наибольший же интерес представляет собственно процесс усложнения химических веществ вплоть до создания живого, т. е. биогенез. Данная проблема анализируется в работах А. П. Руденко. Автор выделяет два подхода к ее решению: актуалистический (биохимический) и естественно исторический. Первый подход к проблеме дает возможность рассмотреть химическую эволюцию ретроспективно, со стороны биологии, исходя из известных свойств существующего живого, т. е. на основе конечного результата химической эволюции. Естественноисторический подход разработан А. П. Руденко. в рамках теории эволюционного катализа, которая установила также граничные условия существования и развития этих систем, выявила законы, причины и движущие силы их эволюции, механизм естественного отбора.

Прикладной аспект проблемы химической эволюции. Актуальность его в значительной мере это объясняется тем, что перед производством стоит задача создания экологически чистых технологий и новых материалов. "В ответ на требования самого высокоразвитого способа производства материальных благ, -подчеркивает В. И. Кузнецов, - химия переходит сейчас к новому -пятому - способу решения ее основной проблемы, открывающему пути использования в производстве материалов самых высокоорганизованных химических систем, какие только возможны в предбиологическом синтезе. Она начинает использовать каталитический опыт живой природы. Этот способ ложится в основу четвертой и последней концептуальной системы химической науки - эволюционной химии"

Анализ современного состояния проблем химической эволюции свидетельствует о том, что она вызывает стойкий интерес специалистов в различных областях знания. Достигнуты и определенные успехи: наметились направления философских и естественнонаучных исследований, осознана важность понимания эволюционных механизмов на химическом уровне для создания принципиально новых технологий. Вопрос о химической эволюции приобретает важное теоретическое и практическое значение, становится своеобразным стержнем, скрепляющим исследования в таких областях, как геохимия, космохимия, биохимия.