Катализ

Концепция самоорганизации или синергетика

С изобретением электронного микроскопа была доказана молекулярная структура живых тканей. Тем не менее, до настоящего времени оставались непонятными те законы, благодаря которым неживые, простые вещества смогли организоваться в сложные по своей структуре органические молекулы живых тканей, положить начало жизни на нашей планете. Одна из фундаментальных проблем, из которых выросла наука о самоорганизации – задача доказательства возможности возникновения сложного поведения неживой материи.

(от греч. katálysis – разрушение), изменение скорости химических реакций в присутствии веществ (катализаторов) вступающих в промежуточное химическое взаимодействие с реагирующими веществами, но восстанавливающих после каждого цикла промежуточных взаимодействий свой химический состав. Реакции с участием катализаторов называются каталитическими. Этим каталитические реакции отличаются от сопряжённых реакций, когда одна реакция вызывается или ускоряется (индуцируется) другой и происходит необратимое превращение вещества-индуктора.

1951 г. незамеченный сначала опыт незамеченного при жизни советского учёного Белоусова. Он не смог сделать должных теоретических выводов из своего опыта. В ходе реакции окисления лимонной кислоты броматом BrO₃^-, катализируемой ионами церия, были обнаружены регулярные периодические колебания окраски раствора от бесцветной (цвет ионов Се₃⁺) к желтой (цвет ионов Се₄⁺) и наоборот. Это было революционное открытие в химии. С него начался период принято считать началом современной истории исследований колебательных химических реакций.

В 1961 году А. М. Жаботинский, тогда аспирант МГУ, обратил внимание на ту же самую систему. Изучил её более глубоко. С тех пор она получила название реакции или системы Белоусова-Жаботинского. Сложной пространственно-временной организации, проявляемой системой Белоусова-Жаботинского в отсутствие перемешивания, со временем нашлись аналогии в природе, в самоорганизующихся биологических системах.

Если самоорганизация при наличии соответствующих условий может возникнуть в самом фундаменте здания материи, то вполне обоснованно предположить, что на более высоких уровнях организации она может закономерно привести к возникновению жизни во Вселенной. Нельзя также не отметить, что жизнь сама готовит условия для своей дальнейшей эволюции. Предполагают, что первыми стали осваивать Землю растения, которые появились примерно 50 миллионов лет назад. Спустя примерно столько же лет появились первые животные, которые стали использовать растения в качестве пищи, а выделенные растениями кислород в качестве дыхания. Это и есть самоорганизация биосферы.

Наглядной иллюстрацией процессов самоорганизации может служить работа лазера ^[1], с помощью которого можно получать мощные оптические излучения. Лазерные установки начали создавать в 1950-е годы. Суть его функционирования в следующем: хаотические колебательные движения частиц составляющих среду, порождающую лазер, (например газа) благодаря поступлению энергии извне, (например, электрическому разряду), приводятся в согласованное коллективное движение. Эти частицы начинают колебаться в одинаковой фазе и вследствие этого мощность излучения проходящего через эту среду, состоящую из таких частиц многократно увеличивается. Излученная атомом волна имеет ту же частоту, фазу и направление распространения, что и волна первичная. Эти волны когерентны, при их сложении происходит увеличение интенсивности суммарного излучения, или числа фотонов.

Этот пример свидетельствует о том, что в результате взаимодействия системы со средой за счет поступления дополнительной энергии прежние флуктуации, или случайные колебания, ее элементов, превращаются в согласованное коллективное движение. На этой основе возникают кооперативные процессы, и происходит самоорганизация системы.

Изучая процессы самоорганизации, происходящие в лазере, немецкий физик Герман Хакен (р. 1927) назвал новое направление исследований синергетикой, что в переводе с древнегреческого означает совместное действие, или взаимодействие, и хорошо передает смысл и цель нового подхода к изучению явлений. Так он и назвал свою главную книгу «Синергетика» (1978).

Последняя работа Г.Хакена – « Принципы работы головного мозга. Синергетический подход к активности мозга, поведению и когнитивной деятельности»

Ha экспериментальную основу синергетическую теорию перевёл бельгийскими ученый Илья Пригожин (русским по происхождению, р. 1917). Эта модель легла в основу исследований новой термодинамики, которую часто называют неравновесной, или нелинейной.

Дата добавления: 2014-01-14