Живая и неживая материя законы организации и взаимосвязь

Живая и неживая материя: законы организации и взаимосвязь

План лекции: • 1. Два начала классической термодинамики. Понятие об энтропии, негэнтропии. Информация, ее свойства • 2. Самоорганизация в живой и неживой природе. • 3. Синергетика как наука о самоорганизации систем.

• Среди всех видов энергии особое место занимает тепловая энергия. Она превращается в другие виды энергии с некоторыми ограничениями и не всегда полностью. Дело в том, что тепловая энергия – это энергия неупорядоченного, хаотического движения, в то время как другие виды энергии связаны с упорядоченным движением. • Порядок легко превратить в хаос гораздо сложнее превратить хаос в порядок.

• В ХIХ в. возникла наука, изучающая законы взаимопревращения различных видов энергии в тепловую – термодинамика. • Началось активное изучение вопросов преобразования различных видов энергии в тепловую и тепловой энергии в механическую. • Так как выяснилось, что тепловая энергия переходит в другие лишь частично, был сделан вывод, что всякий процесс, при котором происходит превращение некоторой энергии в тепло, необратим. • Т. е. работа через трение переходит в тепло, а, наоборот, нет.

• Появилось понятие «термодинамическая система» . Система считалась (и сегодня считается) замкнутой, если она не обменивается со средой ни веществом, ни энергией. • В противном случае система считается открытой. • Были сформулированы два начала (закона) термодинамики:

Первое начало термодинамики: • Является математическим выражением закона сохранения и превращения энергии применительно к термодинамическим системам. Оно гласит: Работа, совершаемая термодинамической системой над внешними телами, может осуществляться либо за счет получения ею тепла извне, либо за счет уменьшения ее внутренней энергии. Именно поэтому невозможно построить «вечный двигатель» .

Второе начало термодинамики: • Указывает в каком направлении протекают термодинамические процессы (иначе его называют принципом Клаузиуса) Невозможен процесс, при котором теплота самопроизвольно переходила бы от холодных тел к нагретым телам (т. е. тепло всегда течет от нагретых тел к холодным).

Понятие энтропии: • В 1854 году Рудольф Клаузиус ввел понятие энтропии как меры необратимого рассеяния теплоты в термодинамических системах. • Позже под энтропией стали понимать меру хаоса или меру беспорядка в системе.

Рудольф Клаузиус (1822 -1888) • Немецкий физик, один из основателей термодинамики и молекулярнокинетической теории теплоты.

• Согласно теории Клаузиуса, энтропия в замкнутых системах с течением времени возрастает, а это, в рамках статической физики, означает переход от менее вероятностных состояний к более вероятностным. Наиболее вероятностное состояние термодинамической системы – состояние теплового равновесия, когда прекращаются все виды теплообмена и температура становится одинаковой. Оно соответствует максимуму энтропии.

• Проще говоря, тепло имеет особенность равномерно распределяться в заданном объеме и если это происходит в любой замкнутой системе, например, во Вселенной, то это означает ее тепловую смерть – ситуация термодинамического хаоса. Смерть произойдет потому, что из-за равномерного распределения энергии нельзя будет совершить никакую работу, т. к. она возможна лишь в условиях, когда в одном месте – энергии больше, а в другом – меньше.

Долгое время второе начало термодинамики, согласно которому энтропия с течением времени должна возрастать, находилось в противоречии с теорией Ч. Дарвина, который утверждал, что в процессе эволюции упорядоченность живой материи только возрастает ! (т. е. происходит усиление порядка, а вовсе не беспорядка!). Объяснение этого парадокса было дано Эрвином Шредингером.

Эрвин Шредингер (1887 -1961) Автор книги «Что такое жизнь с точки зрения физика? » • В ней он объяснил, что 2 -й закон термодинамики относится к замкнутым системам, в то время как живые организмы представляют собой открытые системы

• Именно потому, что живые системы являются открытыми, т. е. обмениваются веществом, энергией и информацией с внешней средой, они и способны противостоять хаосу. • Они «черпают» организованность и упорядоченность из окружающей среды • При этом, извлекая вещество и энергию из окружающей среды, живые организмы выводят в нее продукты распада.

• Поэтому увеличение упорядоченности живых организмов (уменьшением энтропии) сопровождается уменьшением упорядоченности окружающей среды (увеличением энтропии). • В целом, получается, что в системе «живая природа- окружающая среда» происходит рост энтропии – в полном соответствии со вторым законом термодинамики. Но! В отдельных случаях в этой системе происходит локальное уменьшение энтропии.

Норберт Винер (1894 -1964) • Основоположник кибернетики и теории искусственного интеллекта так писал об этом процессе:

«Мы плывем вверх по течению, борясь с огромным потоком дезорганизованности, которая в соответствии со 2 -м законом термодинамики стремится все свести к тепловой смерти – всеобщему равновесию и одинаковости, т. е. энтропии. В мире, где энтропия в целом стремится к возрастанию, существуют местные временные островки уменьшающейся энтропии. Это области прогресса» .

• Механизм их возникновения состоит в естественном или искусственном (целенаправленном) отборе устойчивых форм.

• Человек всю жизнь борется с энтропией, гася ее извлечением из окружающей среды отрицательной энтропии – негэнтропии или информации: Информация – I – мера упорядоченности Энтропия – Н – мера беспорядка Мах информации означает мin энтропии и, наоборот. В целом, Н + I = 1 - сonst

Свойства информации: • Не подчинятся законам сохранения • Имеет «несиловой» характер • Меняет при передаче физический характер носителя • Свойство «старения» информации • «Право собственности» • Правило возможности обмена

Павел Флоренский (1862 -1942) «Если энергетическому потоку нет среды усваивающей в виде встречного потока, то это значит, воспринимающее бытие не проявляет себя как воспринимающее… Тогда оно ничто в отношении бытия воспринимаемого; тогда его все равно, что нет; тогда энергетический поток идет сквозь него и мимо него, его не задевая, его не замечая, и сам им не воспринятый и не замеченный» .

• Понимание природы информации напрямую связано с пониманием сущности процессов управления и самоуправления или самоорганизации, как они протекают в живой природе. • Основы науки об управлении изложены Н. Винером в его знаменитой книге «Управление или связь в животном и машине» .

Самоорганизация в неживой природе • Ячейки Бенара • Ханс Бенар. 1900 г. Эксперимент с ртутью: плоский сосуд подогревался снизу, после достижения критического значения разницы температур нижнего и верхнего слоев, верхний слой структуризировался в виде шестигранных призм • Реакция Белоусова. Жаботинского • 1951 г. Визуальное наблюдение за изменением цвета раствора при окисл. восстан. реакциях. Механизм оказался связан с колебаниями, автоматически поддерживающими свои физич. параметры за счет окруж. среды

Синергетика – наука о самоорганизации систем • Ганс Хакен – впервые ввел в науку термин «синергетика» как определенной области знания • Synergeia – совместное, взаимовыгодное, кооперативное действие • И. Пригожин основал брюссельскую школу по изучению особенностей процессов самоорганизации • Написал книгу: «Порядок из хаоса: новый диалог человека с природой» .

• В настоящее время под синергетикой понимается междисциплинарное научное направление, ставящее в качестве своей основной задачи изучение общих законов и принципов, лежащих в основании процессов самоорганизации в системах различной природы: физических, химических, биологических, технических, социальных. • В нестрогих терминах синергетика может быть определена как наука о превращении хаоса в порядок.

Основные понятия синергетики: • • Нелинейность Открытость Бифуркация Аттрактор Флуктуация Термодинамическое равновесие Порядок - хаос

• Условия, при которых происходит с/о: • Система должна быть открытой, нелинейной и диссипативной • Открытость – обмен со средой веществом, энергией и информацией. • Нелинейность – физический смысл: система имеет несколько путей развития • Диссипация – рассеивание отработанного вещества или энергии в окружающую среду. •

• С/о происходит в состояниях, далеких от равновесных. • Равновесным называется состояние, когда в системе нет переноса массы, энергии, температуры, заряда и т. п. • Под влиянием внешних воздействий система может переходить из одного равновесного состояния в другое, но с/о при этом не возникает. • Именно неравновесность является источником возникновения упорядоченных структур.

• В моменты неустойчивости системы малые флуктуации (случайные отклонения величин, характеризующих систему от своих средних значений) • вместо того, чтобы затухать, усиливаются за счет поступающей энергии среды и из микроскопических превращаются в макроскопические. • Макроэффекты развиваются вследствие согласованных взаимодействий отдельных элементов системы (явление когерентности) и,

• Таким образом, система эволюционирует в направлении спонтанной самоорганизации. • Так хаос превращается в порядок. • Состояния, в которых система «выбирает свою дальнейшую судьбу» , называют точками бифуркации (точки ветвления). В таких точках невозможно предсказать поведение системы. Выбор траектории определяется случаем.

• В результате «случайных блужданий» система попадает в «область притяжения» одной из возможных траекторий, скачком переходит в нее – подключается к новому аттрактору и движется по этой траектории до следующей точки бифуркации. • Аттрактор – наиболее устойчивое состояние системы, которая как бы притягивает к себе все множество траекторий системы, определяемых разными начальными условиями.

• В случае природных систем речь идет о спонтанной с/о, в случае развития человека - об управляемом, осознанном процессе с/о. • Ведь именно с человека в природе начинается осознанная эволюция! • Самоорганизующаяся Вселенная или Эволюция как бы предоставляют разумному человеку свободу выбора, рассчитывая на его поддержку.

• Для реализации процесса с/о человеку необходимы определенные состояния. • Прежде всего, состояние «успокоения ума» . Как писал Э. К. Циолковский для того, чтобы снять расхождение между изначально светлой природой человека и ее взбаламученным состоянием – успокоить «взбаламученный ноль» . • Э. Гуссерль предлагал воздерживаться от суждений, чтобы дать возможность «эйдосу» самовыявиться.

• Традиция исихазма – молчания, малоговорения, позволяет приблизиться к этому состоянию. • Иеромонах Софроний: нужно состояние «не-умствования» , когда замолкает малое «я» , эго и тогда говорит истинный, внутренний человек (совсем другого уровня духовной организации). • Следующее состояние: человек должен чувствовать себя частью этого мира, ответственность за него.

• В этом ему помогает молитва (ритуал)или твердая внутренняя установка на нравственные ценности, которой он неизменно следует(духовная связь). • Обращаясь в Высшему началу, человек вводит ум в особое состояние, когда тот начинает пребывать в «акте синтеза и способен мыслить все сразу» (иеромонах Софроний). • В современной науке - это идея холотропного сознания.

• Следующее состояние: взаимодействие в режиме синергии (взаимообогащающая кооперация, согласованность) с более сложными с точки зрения упорядоченности структурами. • Для человека – это выражается в общении с Учителем, Духовником, Наставником и т. п. , т. е. с человеком обладающим более высоким уровнем духовной организации.

• Григорий Палама (визант. богослов ХIIIХIV вв. ) описывал то высшее состояние саморазвития человека (с/о), когда он приобщается к чистой духовности – это восприяние им несотворенного излучения Бога – Фаворского Света, который, согласно Евангелие, видели апостолы на горе Фавор. • Т. е. человек в своем высшем проявлении духовности способен даже «узреть Бога» , точнее его энергию.

• Г. Палама так писал о различии сущности Бога и его «энергии» (или самовыявлении): сущность пребывает в себе и недоступна (людям), энергии же пронизывают мир и сообщаются человеку, однако, таким образом, что «простота» и неделимость божества при этом не нарушается и единство сущности остается единством в многообразии энергий» .

• Итак, для с/о и саморазвития человеку необходимо: • - успокоить взбаламученный ум, чтобы услышать своего «внутреннего человека» , т. е. божественное начало. • - ощутить себя полноценной частью этого мира, способной нести за него ответственность; • - обратиться к высшей духовности, осуществляя с ней «постоянную связь» в режиме синергии;