Периодические химические реакции и биоритмы. Динамический хаос. Самоорганизация в природе

В сильно неравновесных процессах, система интенсивно обменивается веществом и энергией с окружающей средой, энергия преимущественно переходит в тепловую форму. Однако при таких процессах может рождаться более высокоорганизованное вещество, так что в конце процесса система может перейти в более упорядоченное состояние. Процессы рождения вещества более высокой организации, чем первоначальное, часто носят колебательный характер и сопровождаются распространением волн [2,4,10,11,17]. Примером могут служить химические реакции, такие как реакции горения, реакции Б.П.Белоусова – А.М.Жаботинского. И.Р.Пригожин и его соавторы сформулировали общее условие самоорганизации в химических системах: в цепи химических реакций, происходящих в системе устойчивости стационарного состояния могут угрожать только стадии, содержащие автокаталитические петли, то есть такие стадии, в которых продукт реакции участвует в синтезе самого себя. Автокаталитическим процессам соответствуют схемы реакций типа (в присутствии молекул Х одна молекула А превращается в молекулу Х). Кинетические уравнения, описывающие такие реакции, являются нелинейными дифференциальными уравнениями. Примерами самоорганизации в биологии являются биологические ритмы. Биологические ритмы – циклические колебания интенсивности и характера биологических процессов. Например, сокращение сердца, периодичность дыхания, колебания интенсивности деления клеток, обмена веществ, двигательной активности, колебания популяций животных и т. п.. Биологические процессы можно схематически описывать подобно химическим реакциям. Так в книгах [10,17], рассмотрена схема:

Кролики + трава → Больше кроликов

Лисы + кролики → Больше лис

Обобщающая схема:

Хищник + жертва → Больше хищников

Во всех этих процессах есть автокаталитические стадии: кролики поедают траву, травы становится меньше, а, следовательно, меньше станет кроликов; меньше станет кроликов, больше будет травы (пищи, источника энергии для кроликов),следовательно кролики снова будут размножаться за счёт энергии, потребляемой с пищей. Аналогично с лисами и кроликами и вообще с жертвами и хищниками.

Наряду с процессами организации существуют и процессы, приводящие к дезорганизации, к динамическому хаосу. Хаос может приводить к порядку, который создаётся локально за счёт неупорядоченности где-то в другом месте. Таковы причины и движущие силы происходящих в природе изменений [4,10,17].

Дата добавления: 2014-01-04