Эволюция. Синергетика

Все отрасли естествознания пронизаны принципом эволюционизма, т.е. убеждением в том, что материя, Вселенная и все ее элементы развиваются (эволюционируют). Эволюция в широком смысле слова – процесс возникновения более сложных структур из более простых. Можно выделить такие этапы эволюции, как космическая, химическая, геологическая, эволюция протоклетки, эволюция человека, общества и т.д.

Химическая эволюции или пребиотическая эволюция — первый этап эволюции жизни, в ходе которого органические, пребиотические вещества возникли из неорганических молекул.

Биологическая эволюция — естественный процесс развития живой природы, сопровождающийся: изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.

Приблизительная хронология основных этапов эволюции отражена в табл. 12.1.

Таблица 12.1

Этапы эволюции

Эволюция	Событие, послужившее началом фазы эволюции	Времялет назад	Событие, послужившее окончанием фазы	Времялет назад
Космическая	Большой взрыв	13,7 млрд.	продолжается
Химическаяпребиотическая	Образование тяжелых хим.элементов с ат. массой ›26 по окончании 2го цикла звездообразования	13,5-12,5 млрд.	Возникновение живых структур	≥3,5 млрд.
Биологическая	Сложные органические вещества и биохимические реакции произошли от простых химических реакций	≥3,5 млрд.	Биол.эволюция человека прекратилась с использованием орудий труда	2-3 млн.
Биосфера непрерывно эволюционирует

Элементарный процесс эволюции – самоорганизация. В широком смысле слова самоорганизация - тенденция развития природы от менее сложных к более сложным и упорядоченным формам организации материи. В более узком понимании самоорганизация -спонтанный переход открытой неравновесной системы от простых и неупорядоченных форм организации к более сложным и упорядоченным.

Сущность самоорганизации в открытых системах изучает синергетика. Главная идея синергетики - принципиальная возможность спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Особенностью самоорганизаци является то, что изменения происходят под влиянием внутренних факторов, действующих в системе, а не накладываются на нее извне.

Требования к самоорганизующимся системам (структурам):

1) системы должны быть неравновесными – находиться в состоянии, далеком от термодинамического равновесия;

2) открытыми - должны получать приток энергии, вещества и информации извне;

3) нелинейность внутренних процессов - возможность сверхбыстрого развития процессов в системе;

4) наличие флуктуации - любое колебание или любое периодическое изменение (неоднородность).

Неравновесная система характеризуется следующими особенностями:

o Система реагирует на внешние условия (гравитационное поле и т. п.)

o Поведение случайно и не зависит от начальных условий, но зависит от предыстории

o Приток энергии создает в системе порядок, следовательно ее энтропия S, характеризующая степень беспорядка, уменьшается.

o Наличие бифуркации — переломной точки в развитии системы

o Когерентность: система ведет себя как единое целое. Каждая молекула как бы «информирована» о состоянии системы в целом.

Неравновесная (или стационарная) открытая система называется диссипативной системой. Диссипативная система - открытая система, находящаяся вдали от термодинамического равновесия:

o Возникает в неравновесной среде при условии диссипации (рассеивания) энергии, которая поступает извне (требует для возникновения большого количества энергии)

o Диссипативная система характеризуется спонтанным появлением сложных структур (жизнь, разум)

Точка бифуркации — критическое состояние системы, при котором система становится неустойчивой относительно флуктуаций и возникает неопределенность:

1. станет ли состояние системы хаотическим или она

2. перейдет на новый более высокий уровень упорядоченности.

Свойства точки бифуркации:

o Непредсказуемость. Обычно точка бифуркации имеет несколько веточек аттрактора (устойчивых режимов работы), по одному из которых пойдёт система. По какому? - заранее невозможно предсказать.

o Точка бифуркации носит кратковременный характер и разделяет более длительные устойчивые режимы системы

Фундаментальный принцип самоорганизации – возникновение нового порядка и усложнение систем через флуктуации (случайные отклонения) состояний их элементов и подсистем.

Процесс самоорганизации в сложных системах разных уровней:

1 - Динамически стабильные и адаптивные системы. Флуктуации обычно подавляются за счёт отрицательных обратных связей. ООО обеспечивают сохранение структуры и близкого к равновесию состояния системы.

2 - Более сложные открытые системы. Приток энергии извне и усиление неравновесности. Отклонения со временем накапливаются и вызывают эффект коллективного поведения элементов и подсистем (положительные обратные связи).

Характеристика видов обратной связи дана на диаграмм 12.1.

Диаграмма 12.1.

Виды обратной связи

Для сложных систем в зависимости от степени сложности:

1) - либо разрушение прежней структуры,

2) - либо возникновение нового порядка.

1) Недостаточно сложные системы не способны к развитию и при получении извне чрезмерного количества энергии необратимо разрушаются. 2) Самоорганизующаяся, эволюционирующая система. Возникшие изменения не устраняются, а накапливаются и усиливаются. Возможно возникновение нового порядка и новых структур, образованных из элементов прежней, разрушенной системы

Этап самоорганизации наступает только в случае преобладания положительных обратных связей, действующих в открытой системе, над отрицательными обратными связями.

«Поддержание организации в природе не достигается …управлением из одного центра; порядок может поддерживаться только с помощью самоорганизации.» - из доклада для Европейского Совета, подготовленным Карлом Бибрахером, Грегуаром Николисом и Петером Шустером

Список литературы

1) Бондарев В.П. Концепции современного естествознания: Учебное пособие – М.:Альфа – М:ИНФА – М, 2010. – 445 с.:ил.

2) Горелов А.А. Концепции современного естествознания: учебное пособие – М.: Издательство Юрайт; Высшее образование, 2010. – 335 с.

3) Концепции современного естествознания: Учебник для ВУЗов. Под ред. Проф. В.Н.Лавриненко. –М.: Юнити-дана, 2001. – 303с.

4) http://ru.wikipedia.org/wiki/Методы научного познания

5) http://ru.wikipedia.org/wiki/Научные революции

6) http://ru.wikipedia.org/wiki/Картины мира

7) http://ru.wikipedia.org/wiki/Вселенная

8) http://ru.wikipedia.org/wiki/Солнечная система

9) http://ru.wikipedia.org/wiki/Земля

10) http://ru.wikipedia.org/wiki/Эволюция

11) http://ru.wikipedia.org/wiki/Синергетика

Дата добавления: 2014-01-06