Принцип минимума диссипации энергии. Принцип Онзагера

Самоорганизация в природе. Принципы разрушения и созидания.

Теории возникновения жизни

теория креационизма (от английского слова create - создавать) - жизнь создана высшим существом - Богом;

теория панспермии - жизнь принесена на Землю из космоса; так уже в метеоритах находят белковые соединения;

теория эволюции - жизнь на Земле народилась вследствие естественных законов усложнения форм организации материи.

достижения синергетики (наука о самоорганизации) позволяют надеяться на то, что в научном понимании жизни уже в ближайшее время ожидается существенный прорыв. Мы уже понимаем механизмы самоорганизации.

Динамика Вселенной проявляется в двух взаимодополнительных процессах: разрушение и созидание. Исторически первым был открыт принцип разрушения, известный как принцип роста энтропии.

Существование процессов усложнения форм жизни вытекает из принципа дополнительности: при наличии во Вселенной процессов разрушения следует ожидать в ней равного по объему созидания.

Рост энтропии Вселенной вызывает процессы, сдерживающие этот рост, то есть направленные на рост негэнтропии (негэнтропия – мера упорядоченности), а значит, на возникновение и усложнение упорядоченных структур. Это называется самоорганизацией.

Если учесть, что энтропия является не только мерой хаоса, но и мерой качества энергии, мерой ее концентрации и направленности, то неизбежность самоорганизации в природе можно вывести также из вариационного принципа минимума диссипации (рассеяния) энергии: если возможно множество сценариев протекания процесса, согласных с законами сохранения и связями, наложенными на систему, то в реальности процесс протекает по сценарию, которому отвечает минимальное рассеяние энергии, то есть минимальный прирост энтропии. Другими словами, если в ходе процесса возможно образование упорядоченных устойчивых статических или динамических структур в локальных областях системы, то они обязательно возникнут, уменьшая тем самым суммарный прирост энтропии.

принцип Онзагера: одновременно протекающие процессы могут влиять друг на друга так, что хотя в каждом из процессов в отдельности энтропия не может уменьшаться, но, взятые вместе, они могут компенсировать уменьшение энтропии в одном из процессов за счет еще большего увеличения в других. В итоге по всем процессам энтропия растет.

Следствия из принципа Онзагера:

1) самоорганизующая система должна быть открытой по отношению к окружающей среде;

2) она может существовать, уменьшая внутреннюю энтропию, только за счет увеличения энтропии (разрушения) внешней среды.

Для этого, например, мы потребляем пищу, разрушая ее внутри себя, высвобождая таким образом накопленную в ней информацию (порядок, мерой которого является свободная энергия), и за счет этого упорядочивая свою структуру. Продукты разрушения, несущие в себе хаос, мы выбрасываем в окружающую среду.

Согласно Пригожину, любая самоорганизующаяся система должна обладать рядом особенностей:

1) открытостью, то есть их существование немыслимо без постоянного взаимодействия с окружающей средой;

2) неравновесностью, то есть энтропия в данной системе существенно меньше энтропии окружающей среды;

3) нелинейностью, то есть непропорциональностью изменения различных свойств системы, ограниченностью пределов изменения этих свойств, что приводит к разного рода фазовым переходам.

В процессе самоорганизации происходит самопроизвольный поиск устойчивых структур. Под устойчивостью системы понимают ее способность сохранять свою структуру при наличии внешних воздействий на нее; при снятии воздействия такая система должна вернуться в исходное состояние. Для устойчивых систем характерно подобие части и целого.

Дата добавления: 2014-01-14