Termodinamik klasik (sistem tertutup) menyatakan bahawa peningkatan entropi bermakna ketidakterbalikan proses termodinamik. Oleh itu, jika kita menganggap Alam Semesta sebagai sistem tertutup, maka dari sudut pandangan undang-undang kedua termodinamik, suhu akan secara beransur-ansur menyamakan di dalamnya dan keseimbangan lengkap akan ditubuhkan, yang sepadan dengan "kematian haba" Alam Semesta . Entropi akan meningkat dan bersama-sama dengannya tahap kekacauan akan meningkat.
Kenyataan ini tidak konsisten dengan hipotesis asal usul Alam Semesta dan dengan keseluruhan proses evolusi global yang lebih jauh. Kesimpulan tentang pertumbuhan gangguan di dunia bercanggah dengan kedua-dua pembangunan kimia dan biologi sistem, dan keseluruhan proses penyusunan diri sistem di Alam Semesta. Walau bagaimanapun, peningkatan dalam entropi, mengikut undang-undang kedua termodinamik, menyerlahkan arah proses termodinamik, yang bermaksud satu dimensi masa, atau apa yang dipanggil "anak panah masa".
Termodinamik bukan klasik mengkaji dunia sebenar sistem terbuka, dimanifestasikan dalam alam semula jadi yang tidak bernyawa dan hidup, dari sudut sinergi. Ini memerlukan idea baharu, konsep imej, serta semakan semula yang lama. Pada tahap yang lebih besar, ini berkaitan dengan idea tentang ketenteraman dan kekacauan. Dalam sinergi, huru-hara adalah apa yang berbeza daripada susunan struktur tertentu. Ini bukan ketiadaan struktur yang lengkap, tetapi juga struktur, tetapi dari jenis tertentu (seolah-olah struktur yang rosak). Substruktur difahami sebagai satu set sambungan stabil objek (dengan objek lain), memastikan integritinya. Dengan kata lain, struktur ialah kedudukan relatif dan sambungan komponen sesuatu, iaitu organisasi objek tertentu. Ia dicirikan oleh kestabilan, kejelasan sambungan dalaman, dan keupayaan untuk menentang faktor dan perubahan luaran. Struktur adalah konsep utama dalam sinergi (organisasi diri). Sistem terbuka, seperti yang telah ditunjukkan, sentiasa menukar tenaga dan jirim dengan persekitaran, berada dalam ketidakseimbangan termodinamik yang agak stabil. Bagi sistem biologi (organisma hidup), keadaan dinamik yang stabil dicirikan oleh pengeluaran entropi yang minimum, dan keadaan pegun yang tidak stabil dicirikan oleh keadaan tidak hidup maksimum. Berkemungkinan besar perkembangan makhluk hidup berlaku melalui ketidakstabilan, walaupun secara amnya ia cenderung kepada keadaan stabil pada tahap mikroskopik disebabkan oleh tenaga bebas yang disimpan. Apabila berusaha untuk keadaan stabil, organisma "membuang" entropi berlebihan yang tidak perlu ke dalam persekitaran, dengan itu sentiasa mengekalkan keadaan termodinamik bukan keseimbangan.
Struktur disipatif
Struktur disipatif adalah salah satu konsep utama teori struktur I. Prigogine. Sistem secara keseluruhan mungkin tidak seimbang, tetapi sudah agak teratur dan teratur dengan cara tertentu. I. Prigogine memanggil sistem seperti struktur dissipative (dari lat. pelesapan– mempercepatkan, menghilangkan tenaga bebas), di mana keadaan tertib timbul dengan sisihan ketara daripada keseimbangan. Semasa pembentukan struktur ini, entropi meningkat, dan fungsi termodinamik lain sistem juga berubah. Ini menunjukkan pemeliharaan sifat huru-hara keseluruhannya. Pelesapan sebagai proses pelesapan tenaga memainkan peranan penting dalam pembentukan struktur dalam sistem terbuka. Dalam kebanyakan kes, pelesapan direalisasikan dalam bentuk penukaran tenaga berlebihan kepada haba. Pembentukan jenis struktur baharu menunjukkan peralihan daripada kekacauan dan kekacauan kepada organisasi dan ketenteraman. Struktur mikro dinamik pelesapan ini adalah prototaip keadaan masa depan sistem, yang dipanggil fraktal (dari lat. fraktus– pecahan, potong). Kebanyakan fraktal sama ada dimusnahkan tanpa terbentuk sepenuhnya (jika ia ternyata tidak menguntungkan dari sudut pandangan undang-undang asas alam semula jadi), atau kadang-kadang kekal sebagai peninggalan kuno yang berasingan pada masa lalu (contohnya, adat resam masyarakat purba, kuno. perkataan, dsb.). Pada titik bifurkasi (titik cawangan) terdapat sejenis pemilihan semula jadi pembentukan fraktal. Pendidikan yang ternyata paling sesuai dengan keadaan persekitaran "bertahan".
Di bawah keadaan yang menggalakkan, struktur baru (fraktal) "tumbuh" dan secara beransur-ansur berubah menjadi makrostruktur baru - penarik. Dalam kes ini, sistem bergerak ke keadaan kualitatif baharu. Dalam keadaan baharu ini, sistem meneruskan gerakan ofensifnya sehingga titik bifurkasi seterusnya, iaitu, sehingga peralihan fasa nonequilibrium seterusnya.
Secara umumnya, pelesapan sebagai proses pelesapan tenaga, pengecilan gerakan dan maklumat memainkan peranan yang sangat membina dalam pembentukan struktur baru dalam sistem terbuka. Untuk sistem pelesapan adalah mustahil untuk meramalkan laluan pembangunan tertentu, kerana sukar untuk meramalkan keadaan sebenar awal keadaannya.
Teori bifurkasi
Sistem penyusunan diri tak linear terbuka sentiasa tertakluk kepada ayunan. Dalam ayunan, sistem berkembang dan bergerak ke arah struktur yang agak stabil. Ini difasilitasi oleh pertukaran berterusan tenaga dan jirim antara sistem dan alam sekitar.
Perubahan anomali dalam persekitaran boleh membawa sistem keluar daripada keadaan keseimbangan dinamik, dan ia akan menjadi tidak seimbang. Sebagai contoh, peningkatan aliran tenaga ke dalam sistem menyebabkan turun naik dan menjadikannya tidak seimbang dan tidak terkawal. Organisasi sistem menjadi semakin tidak stabil, sifat-sifat sistem berubah.
Jika parameter sistem mencapai nilai kritikal tertentu, maka sistem akan berada dalam keadaan huru-hara.
Keadaan huru-hara maksimum proses bukan keseimbangan dipanggil titik bifurkasi. Titik bifurkasi ialah titik keseimbangan kedua-dua titik "pilihan" yang stabil dan tidak stabil bagi laluan selanjutnya pembangunan sistem.
Keadaan yang tidak stabil adalah penting untuk sinergi. Kemunculan keadaan tidak stabil mewujudkan peluang yang berpotensi untuk sistem beralih ke keadaan kualitatif baharu. Ia akan dicirikan oleh parameter baharu sistem dan mod baharu operasinya.
Dalam keadaan pemilihan laluan, iaitu, pada titik bifurkasi, turun naik rawak (ayunan) adalah sangat penting. Ia bergantung kepada mereka yang mana antara banyak kemungkinan laluan yang akan diambil oleh sistem untuk keluar dari keadaan ketidakstabilan. Banyak turun naik hilang, ada yang tidak menjejaskan pembangunan selanjutnya sistem kerana ia sangat lemah. Tetapi di bawah keadaan ambang tertentu, disebabkan oleh pengaruh luaran rawak, turun naik ini boleh meningkat dan bertindak dalam resonans, mendorong sistem untuk memilih laluan pembangunan tertentu (trajektori tertentu).
Pada titik bifurkasi, sistem penyusunan sendiri, berhadapan dengan pilihan laluan pembangunan, membentuk pelbagai struktur mikro dinamik pelesapan, seolah-olah "embrio" keadaan masa depan sistem - fraktal. Set keadaan sedemikian pada titik bifurkasi sebelum memilih laluan selanjutnya membentuk huru-hara yang deterministik atau dinamik. Walau bagaimanapun, kebanyakan prototaip masa depan sistem ini - pembentukan fraktal - mati dalam persaingan. Akibatnya, struktur mikro yang paling disesuaikan dengan keadaan luaran dapat bertahan. Keseluruhan proses ini adalah rawak dan tidak pasti. Struktur makro yang muncul yang bertahan dalam persaingan pembentukan fraktal dipanggil penarik (lihat di atas). Akibat daripada ini, sistem bergerak ke keadaan organisasi baru yang lebih tinggi secara kualitatif. Arah pergerakan penarik ini mula mematuhi keperluan. Sistem kini berkelakuan seolah-olah ia sangat menentukan.
Oleh itu, penarik mewakili segmen laluan evolusi dari titik bifurkasi ke penghujung tertentu (ia mungkin titik bifurkasi lain). Penarik konvensional dicirikan oleh kestabilan sistem dinamik. Penarik, seolah-olah, menarik kepada dirinya sendiri, seperti magnet, banyak trajektori sistem yang berbeza, ditentukan oleh nilai awal parameter yang berbeza. Di sini, koperasi, proses bersama memainkan peranan yang sangat penting, yang berdasarkan koheren, iaitu, diselaraskan, interaksi semua elemen struktur stabil yang muncul.
Penarik boleh dibandingkan dengan kon atau corong, yang dengan bahagian lebarnya menghadap zon bercabang, iaitu titik bifurkasi, dan bahagian sempitnya menghadap hasil akhir, iaitu struktur tersusun. Jika sistem berada dalam lingkungan tindakan penarik tertentu, maka ia berkembang ke arahnya. Evolusi mencapai penarik yang sama dengan cara yang berbeza. Akibatnya, parameter pesanan terbentuk, iaitu keadaan dinamik yang stabil. Sistem boleh kekal dalam keadaan ini sehingga, disebabkan beberapa sebab, serta turun naik rawak, ia sekali lagi mencapai kedudukan yang tidak stabil. Sebab-sebab ini dikaitkan dengan ketidakharmonian, percanggahan antara keadaan dalaman sistem terbuka dan keadaan luaran persekitarannya. Akibatnya, sistem kehilangan kestabilannya, kembali ke keadaan huru-hara, dan ia sekali lagi mempunyai banyak laluan pembangunan baharu. Untuk kejelasan, proses bifurcation evolusi sistem boleh diwakili sebagai pokok bifurcation (Rajah 8.1).
Menggunakan prinsip yang sama, perkembangan spesies biologi atau antropogenesis boleh diwakili dalam bentuk pokok evolusi.
Pada titik bifurkasi, walaupun perubahan rawak kecil boleh membawa kepada gangguan serius sistem. Oleh itu, sistem penyusunan sendiri tidak boleh dikenakan secara kasar pada laluan pembangunan tertentu. Di sini adalah perlu untuk meneroka dan mencari jalan bagi alam semula jadi dan manusia untuk hidup bersama, untuk cuba memahami secara mendalam sifat evolusi bersama mereka, evolusi bersama.
Asas teori bifurkasi telah diletakkan pada awal abad ke-20. Ahli matematik Perancis A. Poincaré dan ahli matematik Rusia A. Lyapunov. Teori ini kemudiannya dibangunkan di sekolah ahli fizik Rusia A. Andronov. Teori bifurkasi kini digunakan secara meluas dalam sains antara disiplin, serta dalam fizik, kimia, dan biologi.
Menjelang pertengahan abad kedua puluh. termodinamik keseimbangan mengambil kedudukan utama dalam fizik sebagai teori yang paling maju, yang menunjukkan keberkesanannya dalam menerangkan objek pelbagai sifat. Walau bagaimanapun, penerangan ini hanya terhad kepada keadaan keseimbangan, yang mengecilkan dengan ketara julat kemungkinan aplikasi pendekatan sistem teori yang ketat. Pelbagai fenomena bukan keseimbangan - iklim, cuaca, sambungan solar-daratan, semua objek hidup dan biosfera, masyarakat manusia secara keseluruhan dan banyak lagi - tidak dapat diwakili dalam rangka termodinamik keseimbangan.
Sistem termodinamik dalam keadaan tidak seimbang. Makna maklumat pengaruh luar
Kembali pada separuh pertama abad kedua puluh. peranan anti-entropik bagi mengawal pengaruh luar ditunjukkan (Rajah 14.1).
Jika sistem dalam keadaan bukan keseimbangan dipengaruhi oleh aliran tenaga dari luar, maka jumlah perubahan dalam entropi dS Y boleh diwakili sebagai jumlah dua komponen dengan tanda yang berbeza:
dS У = dS i + dS e, (14.1)
di mana dS i > 0 ialah perubahan dalam entropi dalam sistem mengikut undang-undang kedua termodinamik; dS e< 0 - уменьшение энтропии за счет управляющего внешнего воздействия.
nasi. 14.1.
Oleh kerana, bergantung pada keadaan tertentu, sumbangan dS e kepada persamaan (14.1) dalam magnitud mungkin melebihi dS i, jumlah perubahan dalam entropi dalam sistem akan menjadi negatif, yang membuka prospek untuk pemahaman dan penerangan teori yang ketat tentang banyak fenomena sesuatu sifat bukan keseimbangan, seperti kehidupan. Keadaan yang amat diperlukan untuk kewujudan benda hidup ialah keperluan dS Y = 0. Akibatnya, semua organisma hidup mesti mempunyai mekanisme untuk pampasan yang lengkap dan berkesan untuk meningkatkan entropi. Jenis mekanisme tertentu yang menyokong kehidupan mungkin berbeza-beza, tetapi secara amnya ia mestilah mekanisme anti-entropik. Kehidupan berbeza daripada bukan hidup kerana benda hidup semestinya mengandungi proses dengan dS e< 0, которые полностью компенсируют естественное возрастание энтропии. Как только они прекращаются, наблюдается прогрессирующая старость и наступает смерть. Такого рода механизмы удобно характеризовать не энтропией, а информацией и рассматривать как упорядочивающие информационные воздействия.
Walau bagaimanapun, batasan dalam aplikasi termodinamik sebagai teori sistem kepada fenomena sedemikian dikaitkan, pertama sekali, dengan fakta bahawa radas fungsi keadaan yang sangat produktif, yang dibangunkan dalam termodinamik klasik, boleh digunakan untuk menerangkan keadaan keseimbangan sahaja. Penggunaan fungsi keadaan untuk penerangan yang konsisten tentang proses bukan keseimbangan dalam sistem termodinamik menjadi mungkin selepas pengenalan konsep keseimbangan tempatan ke dalam termodinamik. Dalam rangka kerja konsep ini, dalam termodinamik nonequilibrium diterima bahawa walaupun keadaan sistem secara keseluruhannya adalah nonequilibrium, ia sentiasa mungkin untuk mengenal pasti bahagian-bahagian kecil fizikal yang berasingan di mana parameter termodinamik berubah dengan begitu tidak ketara dari satu titik ke satu titik sehingga ini. perubahan boleh diabaikan. Adalah menjadi kebiasaan untuk menganggap kawasan kuasi-keseimbangan sistem tersebut sebagai keseimbangan setempat dan menerapkan padanya keseluruhan radas teori bagi termodinamik keseimbangan.
Menurut pendekatan ini, sifat sistem tidak seimbang ditentukan oleh fungsi termodinamik tempatan, yang, tidak seperti fungsi termodinamik global, dilambangkan dengan huruf kecil dan bukannya huruf besar, berkaitan dengan unit jisim atau isipadu, dan bergantung pada koordinat tempatan dan masa f. Oleh itu, entropi tempatan s untuk isipadu unit сs bergantung pada parameter termodinamik a i (, φ) dan dalam proses tak boleh balik dalam sistem adiabatik, kadar peningkatannya (pengeluaran entropi) ditentukan oleh formula.
Termodinamik klasik menganggap sistem terpencil yang cenderung kepada keadaan keseimbangan, atau sistem terbuka separa yang terletak berhampiran dengan titik keseimbangan termodinamik. Oleh itu, adalah tidak mungkin untuk menggunakan konsep termodinamik klasik untuk menerangkan proses penyusunan diri. Ia adalah perlu untuk memperkenalkan konsep dan prinsip baru yang akan menggambarkan dengan secukupnya proses sebenar organisasi diri yang berlaku dalam alam semula jadi.
Yang paling asas daripadanya ialah konsep sistem terbuka yang mampu bertukar-tukar bahan, tenaga atau maklumat dengan alam sekitar. Oleh kerana terdapat hubungan antara jirim dan tenaga, kita boleh mengatakan bahawa sistem, semasa evolusinya, menghasilkan entropi, yang, bagaimanapun, tidak terkumpul di dalamnya, tetapi dilesapkan dalam persekitaran. Sebaliknya, tenaga segar datang dari alam sekitar dan akibat daripada pertukaran berterusan ini, entropi sistem mungkin tidak meningkat, tetapi kekal tidak berubah atau berkurangan. Ia berikutan daripada ini bahawa sistem terbuka tidak boleh berada dalam keseimbangan fungsinya memerlukan bekalan tenaga dan jirim yang berterusan dari persekitaran luaran, akibatnya ketidakseimbangan dalam sistem meningkat. Akibatnya, hubungan sebelumnya antara unsur-unsur sistem (struktur sebelumnya) dimusnahkan. Perhubungan baru yang koheren (diselaraskan) timbul antara unsur-unsur sistem, yang membawa kepada proses kerjasama dan tingkah laku kolektif unsur-unsurnya.
Struktur bahan yang mampu melesapkan tenaga dipanggil dissipative. Contohnya ialah organisasi diri yang berlaku dalam tindak balas kimia. Ia dikaitkan dengan kemasukan reagen baru dari luar, iaitu bahan yang memastikan kesinambungan tindak balas dan pembebasan produk tindak balas ke dalam persekitaran. Secara luaran, organisasi diri ditunjukkan di sini dalam penampilan gelombang sepusat dalam medium cecair atau dalam perubahan berkala dalam warna penyelesaian, contohnya, dari biru ke merah dan belakang ("jam kimia"). Reaksi ini mula-mula dikaji oleh saintis domestik V. Belousov dan A. Zhabotinsky. Atas dasar eksperimen mereka, sekumpulan saintis Belgium yang diketuai oleh I. Prigogine membina model teori yang dipanggil Brusselator (dari nama bandar Brussels). Model ini membentuk asas untuk penyelidikan ke dalam termodinamik baharu, yang dipanggil nonequilibrium, atau tak linear. Ciri tersendiri model yang menerangkan sistem terbuka dan proses penyusunan diri ialah mereka menggunakan persamaan matematik tak linear.
Mengkaji proses penyusunan diri yang berlaku dalam laser, ahli fizik Jerman Hermann Haken memanggil arah baru sinergi penyelidikan, yang diterjemahkan dari bahasa Yunani kuno bermaksud tindakan bersama, terkoordinasi. Synergetics menerangkan proses organisasi diri seperti berikut:
1. Sistem terbuka mestilah cukup jauh dari titik keseimbangan termodinamik. Jika sistem berada pada titik keseimbangan, maka ia mempunyai entropi maksimum dan oleh itu tidak mampu untuk mana-mana organisasi. Dalam keadaan ini, dia mencapai kekacauan maksimum. Jika sistem itu hampir dengan titik keseimbangan, maka lama kelamaan ia akan menghampirinya dan, akhirnya, akan mencapai keadaan tidak teratur sepenuhnya.
2. Jika prinsip pesanan untuk sistem tertutup adalah evolusi ke arah meningkatkan entropi mereka, i.e. gangguan, maka prinsip asas organisasi diri adalah kemunculan dan pengukuhan susunan melalui turun naik. Turun naik sedemikian (penyimpangan rawak sistem dari beberapa kedudukan purata) pada awal operasi sistem ditindas dan dihapuskan olehnya. Walau bagaimanapun, dalam sistem terbuka, disebabkan ketidakseimbangan yang semakin meningkat, penyimpangan ini meningkat dari semasa ke semasa dan, akhirnya, membawa kepada "keruntuhan" susunan sebelumnya dan kemunculan perintah baru. Prinsip ini biasanya dipanggil prinsip pembentukan susunan melalui turun naik. Oleh kerana turun naik adalah bersifat rawak, dan dari situlah kemunculan susunan dan struktur baru bermula, kemunculan sesuatu yang baru di dunia sentiasa dikaitkan dengan tindakan faktor rawak.
4. Berbeza dengan prinsip maklum balas negatif, di mana kawalan dan pemeliharaan keseimbangan dinamik sistem berasaskan, kemunculan organisasi diri adalah berdasarkan prinsip maklum balas positif. Menurut prinsip ini, perubahan yang muncul dalam sistem tidak dihapuskan, tetapi terkumpul dan dipergiatkan, mengakibatkan kemunculan susunan dan struktur baru.
5. Proses penyusunan diri disertai dengan pelanggaran simetri, ciri sistem keseimbangan tertutup. Sistem terbuka dicirikan oleh asimetri.
6. Pengorganisasian diri hanya boleh dilakukan dalam sistem yang mempunyai bilangan elemen berinteraksi yang mencukupi. Jika tidak, kesan interaksi sinergi akan tidak mencukupi untuk kemunculan tingkah laku koperasi (kolektif, diselaraskan) elemen sistem dan kemunculan proses penyusunan diri.
Ini adalah syarat yang diperlukan, tetapi tidak mencukupi untuk kemunculan organisasi diri dalam sistem. Semakin tinggi tahap organisasi sesuatu sistem, semakin tinggi ia berada di tangga evolusi, semakin kompleks dan banyak faktor yang membawa kepada organisasi diri.
Pemahaman baharu tentang huru-hara ditemui dalam "kesan rama-rama" terkenal yang dirumuskan oleh Edward Lorenz, seorang saintis meteorologi. The Butterfly Effect menyatakan: Pergerakan sayap rama-rama di Peru melalui beberapa siri peristiwa yang tidak dapat diramalkan dan saling berkaitan boleh meningkatkan pergerakan udara dan akhirnya membawa kepada taufan di Texas.
Ahli matematik terkenal Henri Poincaré bercakap tentang ini pada awal abad ke-20. Dia membuat kesimpulan bahawa kuantiti yang sama sekali tidak ketara, yang oleh itu terlepas daripada perhatian kita, menyebabkan kesan ketara yang tidak dapat kita jangkakan.
Nampaknya segala-galanya bercakap tentang kemenangan peluang mengatasi pra-penentuan. Walau bagaimanapun, apa yang kita panggil "rawak" ialah susunan tertentu yang menyamar sebagai rawak, perintah yang undang-undangnya masih belum dapat dijelaskan oleh sains. Istilah baru telah muncul - penarik, yang membantu memahami proses yang berlaku.
I. Prigogine, pemenang Hadiah Nobel, dalam buku "Masa, Kekacauan, Kuantum" menulis: "Apabila mengkaji bagaimana yang mudah berkaitan dengan kompleks, kami memilih sebagai utas panduan konsep "penarik", iaitu, yang terakhir. keadaan atau perjalanan evolusi sistem pelesapan ... Konsep penarik dikaitkan dengan pelbagai sistem pelesapan... Bandul yang ideal (tanpa geseran) tidak mempunyai penarik dan berayun tanpa henti. Sebaliknya, pergerakan bandul sebenar - sistem pelesapan yang pergerakannya termasuk geseran - secara beransur-ansur berhenti dalam keadaan keseimbangan. Kedudukan ini adalah penarik... Jika tiada geseran, penarik tidak wujud, tetapi geseran yang paling lemah sekalipun secara radikal mengubah pergerakan bandul dan memperkenalkan penarik.” Untuk lebih jelas, Prigogine meletakkan idea itu ke dalam bentuk geometri. Kemudian titik akhir pergerakan bandul - penarik - mewakili keadaan akhir mana-mana trajektori di angkasa.
Walau bagaimanapun, tidak semua sistem pelesapan berkembang kepada satu titik akhir, seperti halnya dengan bandul sebenar. Terdapat sistem yang berkembang bukan ke beberapa negeri, tetapi kepada rejim berkala yang stabil. Dalam kes ini, penarik bukan titik, tetapi garis yang menerangkan perubahan berkala dalam sistem dari semasa ke semasa. Imej penarik telah dibina, yang tidak mewakili titik atau garis, tetapi permukaan atau isipadu. Penemuan apa yang dipanggil penarik aneh adalah satu kejutan yang lengkap. Tidak seperti garis atau permukaan, penarik aneh dicirikan bukan dengan keseluruhan, tetapi dengan dimensi pecahan.
Klasifikasi penarik yang paling jelas diberikan oleh saintis Amerika Bill M. Williams, yang menghabiskan kira-kira empat puluh tahun meneliti proses pasaran yang huru-hara. Penyelidikan beliau menggabungkan pencapaian fizik, matematik dan psikologi. Dia berhujah bahawa semua fenomena luaran dikawal oleh empat kuasa yang mengeluarkan perintah daripada gangguan, dipanggil penarik:
· Penarik mata;
· Penarik kitaran (bulatan);
penarik Toras;
· Penarik pelik.
Penarik mata - penarik dimensi pertama - ialah cara paling mudah untuk membawa keadaan huru-hara. Dia tinggal dalam dimensi pertama garis, yang terdiri daripada bilangan mata yang tidak terhingga. Ia dicirikan sebagai aspirasi tertentu. Oleh itu, dalam tingkah laku manusia, Point Attractor mencipta penetapan psikologi pada satu keinginan (atau keengganan), dan segala-galanya ditangguhkan sehingga keinginan ini dipenuhi (dimusnahkan).
Penarik kitaran hidup dalam dimensi kedua satah, yang terdiri daripada bilangan garisan yang tidak terhingga. Ia mencirikan pasaran yang tertutup dalam koridor, di mana harga bergerak naik dan turun dalam julat tertentu dalam tempoh masa tertentu. Penarik ini lebih kompleks dan menyediakan struktur untuk tingkah laku yang lebih kompleks.
Penarik Toras adalah tarikan yang lebih kompleks. Ia memulakan peredaran kompleks yang berulang apabila ia bergerak ke hadapan. Berbanding dengan dua sebelumnya, penarik Toras memperkenalkan tahap gangguan yang lebih besar, dan modelnya lebih kompleks. Secara grafik ia kelihatan seperti cincin atau bagel, ia membentuk bulatan berpusing pada beberapa satah berbeza dan kadangkala kembali kepada dirinya sendiri untuk melengkapkan putaran penuh. Ciri utamanya ialah tindakan berulang.
Penarik pelik dari dimensi keempat. Apa yang dilihat oleh mata cetek sebagai huru-hara mutlak, di mana tiada susunan yang ketara, mempunyai susunan tertentu berdasarkan Penarik Pelik. Ia hanya boleh dilihat jika diperhatikan dari dimensi keempat. Ia boleh dianggap sebagai banyak garisan berdenyut dalam ruang tiga dimensi, serupa dengan rentetan bergetar. Empat dimensi Penarik Aneh diperoleh dengan menambah denyutan (getaran). Ciri yang paling penting bagi Penarik Pelik ialah kepekaannya terhadap keadaan awal ("Kesan Rama-rama"). Penyimpangan yang sedikit dari keadaan awal boleh membawa kepada perbezaan besar dalam hasilnya.
Williams berhujah bahawa apabila kita berada di bawah pengaruh tiga penarik pertama, kita dimanipulasi dan menjadi boleh diramal. Hanya dalam dinamik Penarik Pelik kita boleh benar-benar bebas. Penarik pelik menganjurkan dunia spontan dan kebebasan yang indah.
Geometri baharu telah dicipta untuk menerangkan sistem yang kompleks. Pada tahun 1975, Benoit Mandelbrot memperkenalkan konsep fraktal (dari bahasa Latin - split) untuk menamakan struktur yang tidak teratur tetapi serupa sendiri. Kemunculan geometri fraktal dikaitkan dengan penerbitan buku Mandelbrot "Fractal Geometry of Nature" pada tahun 1977. Dia menulis: "Fraktal ialah struktur yang terdiri daripada bahagian-bahagian yang dalam beberapa cara serupa dengan keseluruhannya."
Geometri fraktal "melihat" paradoks yang membingungkan ramai ahli matematik abad ke-20. Ini ialah paradoks "garis pantai", paradoks "kepingan salji", dll.
Apakah "kepingan salji" yang luar biasa ini? Mari kita bayangkan segitiga sama sisi. Bahagikan setiap bahagian secara mental kepada tiga bahagian yang sama. Mari kita keluarkan bahagian tengah pada setiap sisi dan gantikan dengan segi tiga sama sisi, panjang sisi ialah satu pertiga daripada panjang angka asal. Kami mendapat bintang enam mata. Ia tidak lagi dibentuk oleh tiga segmen dengan panjang tertentu, tetapi oleh dua belas segmen tiga kali lebih pendek daripada panjang asal. Dan ia tidak lagi mempunyai tiga, tetapi enam puncak. Mari kita ulangi operasi ini lagi dan lagi, bilangan bahagian dalam kontur yang terbentuk akan berkembang dan berkembang. Imej mengambil rupa kepingan salji. Garis bersambung, terdiri daripada bahagian lurus (atau melengkung) dan dipanggil lengkung Koch, mempunyai beberapa ciri. Pertama sekali, ia adalah gelung berterusan yang tidak pernah melintasi dirinya sendiri, kerana segitiga baru pada setiap sisi cukup kecil sehingga mereka tidak berlanggar antara satu sama lain. Setiap transformasi menambah sedikit ruang di dalam lengkung, tetapi jumlah kawasannya kekal terhad dan sebenarnya hanya lebih besar sedikit daripada luas segi tiga asal. Dan, sebagai tambahan, lengkung tidak akan melampaui bulatan yang diterangkan di sekelilingnya. Lengkung Koch dengan panjang tidak terhingga dijejalkan ke dalam ruang terhad! Lebih-lebih lagi, ia sudah menjadi sesuatu yang lebih daripada sekadar garisan, tetapi tetap ia bukan pesawat.
Jadi, fraktal ialah bentuk geometri dengan satu set ciri yang sangat menarik: pemecahan kepada bahagian yang serupa dengan keseluruhan, atau penjelmaan yang sama diulang pada skala yang semakin berkurangan. Mereka dicirikan oleh kehancuran dan persamaan diri. Fractaliti ialah ukuran ketidakteraturan. Sebagai contoh, lebih banyak selekoh dan pusingan sungai, semakin besar nombor fraktalnya. Fraktal boleh menjadi linear dan tidak linear. Fraktal linear ditakrifkan oleh fungsi linear, i.e. persamaan tertib pertama. Mereka mempamerkan persamaan diri dalam bentuk yang paling mudah: setiap bahagian adalah salinan keseluruhan yang lebih kecil. Persamaan diri bagi fraktal tak linear adalah lebih pelbagai: di dalamnya, sebahagian bukan tepat, tetapi salinan cacat keseluruhannya. Fraktal menggambarkan seluruh dunia sebenar.
Berdasarkan idea dimensi, Mandelbrot membuat kesimpulan bahawa jawapan kepada soalan: berapa banyak dimensi yang ada pada objek bergantung pada tahap persepsi. Sebagai contoh, berapa banyak dimensi yang ada pada bola tali? Dari jarak yang jauh, ia kelihatan seperti titik dengan dimensi sifar. Mari kita mendekati bola dan mendapati bahawa ia adalah sfera dan mempunyai tiga dimensi. Pada jarak yang lebih dekat, rentetan itu sendiri menjadi kelihatan, dan objek mengambil satu dimensi, tetapi dipintal sedemikian rupa sehingga ruang tiga dimensi terlibat. Di bawah mikroskop, kita akan mendapati bahawa rentetan itu terdiri daripada objek tiga dimensi yang dipanjangkan berpintal, dan seterusnya, gentian satu dimensi, bahan yang terurai menjadi zarah dengan dimensi sifar. Iaitu, bergantung kepada persepsi kita, dimensi berubah seperti ini: sifar - tiga dimensi - satu dimensi - tiga dimensi - satu dimensi - sifar.
Sistem fizikal dengan struktur fraktal mempunyai sifat unik. Fraktal menyerakkan sinaran elektromagnet secara berbeza, bergetar dan berbunyi secara berbeza, mengalirkan elektrik secara berbeza, dsb.
Secara paradoks, penemuan set fraktal bukan sahaja mewujudkan kewujudan proses yang tidak dapat diramalkan, tetapi juga mengajar manusia cara mengawalnya, kerana ketidakstabilan sistem huru-hara menjadikan mereka sangat sensitif terhadap pengaruh luar. Pada masa yang sama, sistem dengan huru-hara menunjukkan keplastikan yang menakjubkan. Pokok itu tumbuh dan bercabang ke atas, tetapi tiada siapa dapat mengatakan dengan tepat bagaimana dahannya akan membengkok. Inilah sebabnya dikatakan bahawa dunia dicipta daripada huru-hara.
Konsep asas topik:
Organisasi diri ialah proses pembentukan spontan sesuatu struktur yang lebih kompleks daripada yang asal.
Huru-hara adalah keadaan di mana kerawanan dan kekacauan menjadi prinsip penganjuran.
Perintah ialah organisasi sistem.
Termodinamik keseimbangan mengkaji sistem tertutup di mana proses berlaku ke arah peningkatan entropi, i.e. pembentukan gangguan.
Termodinamik nonequilibrium mengkaji sistem terbuka yang tersusun secara kompleks di mana penyusunan diri berlaku.
Penarik ialah keadaan akhir atau akhir evolusi sistem pelesapan.
Sistem pelesapan ialah sistem yang jumlah tenaganya berkurangan semasa pergerakan, berubah menjadi jenis pergerakan lain, contohnya, menjadi haba.
Titik keseimbangan termodinamik ialah keadaan dengan entropi maksimum.
Turun naik ialah sisihan rawak sistem dari beberapa kedudukan purata.
Sistem terbuka ialah sistem yang menukar bahan, tenaga atau maklumat dengan persekitarannya.
Termodinamik yang dibincangkan sebelum ini menerangkan sifat-sifat keadaan keseimbangan. Keseimbangan termodinamik membayangkan keadaan di mana sistem mencapai dari semasa ke semasa di bawah keadaan luaran tertentu. Bagi keadaan keseimbangan, konsep masa adalah tidak penting, oleh itu masa tidak termasuk dalam tiga undang-undang termodinamik dan potensi termodinamik. Nama yang lebih tepat untuk termodinamik keseimbangan ialah termostatik.
Kemunculan aliran dan kecerunan kuantiti termodinamik, proses pemindahan membawa kepada sistem tidak seimbang yang mengubah parameternya dari semasa ke semasa. Termodinamik proses tiada keseimbangan ialah teori umum perihalan makroskopik sistem tidak seimbang. Dalam penerangan matematik sistem di mana proses tiada keseimbangan berlaku, sistem dianggap sebagai media berterusan, dan parameter keadaannya dianggap sebagai fungsi berterusan koordinat dan masa. Sistem ini diwakili sebagai koleksi elemen. Keadaan setiap unsur terpencil dicirikan oleh suhu, ketumpatan, potensi kimia dan parameter termodinamik lain.
Perihalan sistem bukan keseimbangan datang kepada merangka persamaan imbangan untuk isipadu asas berdasarkan undang-undang pemuliharaan jisim, tenaga dan momentum. Pada sistem ini ditambah persamaan keseimbangan tenaga, serta persamaan fenomenologi jisim, momentum dan aliran tenaga, yang dinyatakan melalui kecerunan parameter termodinamik.
Undang-undang pemuliharaan termasuk undang-undang pemuliharaan jisim komponen kth:
di mana k = 1,2,..., yy, p K v K - unsur isipadu; r k - ketumpatan, v K- kadar aliran jisim zarah komponen k-th (kelajuan purata pemindahan jisim).
Untuk jumlah ketumpatan, undang-undang pemuliharaan mempunyai bentuk
jisim mempunyai bentuk
di mana saya= p (u - v) - aliran resapan; - = - + (t’grad) - pro pertama
berdasarkan masa.
Undang-undang pemuliharaan momentum, digunakan pada isipadu asas, membolehkan kita memperoleh persamaan asas hidrodinamik (persamaan Navier-Stokes):
di mana v 3- Komponen halaju kartesian Dan;r 1f = p8, f+ p (f- tensor tekanan; R- tekanan; 8 gar - simbol Kronecker; p 1f- penegang tekanan likat. Persamaan Navier-Stokes digunakan untuk mengkaji aliran cecair dan gas sebenar. Persamaan ini bukan linear, dan penyelesaian tepat hanya ditemui untuk kes khas.
Undang-undang pemuliharaan tenaga untuk isipadu asas mewakili undang-undang pertama termodinamik.
Persamaan imbangan tenaga mempunyai bentuk
di mana J k- nota kehangatan; YjP t , f ,^~- kerja tekanan dalaman; Hj, Flt -
ar oh p k-1
kerja kuasa luar. Oleh itu, tenaga dalaman ri tidak dipelihara, tetapi hanya jumlah tenaga yang dipelihara. Persamaan imbangan entropi boleh ditulis sebagai
di mana a ialah kuantiti yang mencirikan pengeluaran entropi tempatan
dan ditakrifkan sebagai st = X/D,; Jt- aliran; X: - kekuatan; d/- elemen di atas - 1 = 1
kebolehan sistem. Dalam kes kita o> 0. Nilai J K F k boleh menjadi vektor (konduksi terma, resapan), skalar (jumlah kelikatan, kadar tindak balas kimia). Potensi termodinamik TdS = dU + pdV - Y^x k dc k kerana unsur jisim di sepanjang lintasan pusat jisimnya akan mengambil bentuk
di mana semua derivatif berkenaan dengan masa adalah lengkap. Pengeluaran entropi tempatan disebabkan oleh proses kekonduksian haba, resapan dan kelikatan yang tidak dapat dipulihkan.
Untuk menerangkan sistem tiada keseimbangan, I. Prigogine mencadangkan memperkenalkan konsep keseimbangan termodinamik tempatan. Jika proses yang mengganggu keseimbangan dalam jumlah yang kecil adalah kurang sengit daripada proses yang membentuk keseimbangan, maka kita bercakap tentang keseimbangan tempatan.
Prinsip keseimbangan tempatan ialah postulat.
Persamaan fenomenologi menerangkan sisihan kecil sistem daripada keseimbangan termodinamik. Aliran yang terhasil secara linear bergantung pada daya termodinamik dan diterangkan oleh persamaan fenomenologi seperti
di mana suka- pekali pemindahan; daya termodinamik X k memanggil benang Jk. Contohnya, kecerunan suhu menyebabkan pengaliran haba (konduksi terma), kecerunan kepekatan menyebabkan pengaliran jirim, kecerunan halaju menyebabkan aliran momentum, kecerunan medan elektrik menyebabkan arus elektrik, dsb.
Persamaan (3.36) juga dipanggil persamaan termodinamik gerakan. Hipotesis hubungan linear antara aliran dan daya termodinamik mendasari termodinamik proses tak boleh balik.
Daya termodinamik boleh menyebabkan arus Jik, di mana i ^ Kepada. Contohnya, kecerunan suhu boleh menyebabkan pengaliran jirim dalam sistem berbilang komponen. Proses sedemikian dipanggil menyeberang, mereka dicirikan oleh pekali Ljk di i # k. Dalam kes ini, pengeluaran entropi mempunyai bentuk
Selaras dengan teorem Prigogine, dalam keadaan pegun nilai a adalah minimum di bawah keadaan luaran yang menghalang pencapaian keseimbangan. Dalam keadaan keseimbangan termodinamik a = 0.
Hubungan termodinamik bagi proses bukan keseimbangan digunakan untuk menerangkan banyak fenomena bukan keseimbangan, contohnya termodinamik, galvanomagnetik, termogalvanomagnetik. Asas teori untuk kajian sistem terbuka dicipta.
Di kawasan lineariti proses tak boleh balik, matriks pekali fenomenologi adalah simetri:
Ini ialah hubungan timbal balik Onsager, atau hubungan simetri. Dengan kata lain, peningkatan aliran Jk, disebabkan oleh peningkatan unit dalam kuasa X itu sama dengan peningkatan aliran J jy disebabkan oleh peningkatan per unit daya X k . Hubungan timbal balik memainkan peranan yang besar dalam pembangunan termodinamik proses tak boleh balik.
Dunia Objek Makroskopik boleh dibahagikan kepada dua kelas: sistem terpencil dan sistem terbuka. Dalam sistem terpencil, termodinamik mengawal kedudukannya. Sistem terpencil lambat laun mencapai keadaan keseimbangan termodinamik. Dalam keadaan keseimbangan termodinamik, sistem melupakan sejarah masa lalunya. Ia hanya wujud di bawah tanda undang-undang pemuliharaan: jumlah tenaga adalah sama dengan pemalar, momentum dan jisim mengekalkan nilainya.
Termodinamik sistem keseimbangan tidak mengetahui konsep masa. Ia adalah mengikut undang-undang termodinamik bahawa hanya sistem tidak hidup wujud. Undang-undang asas termodinamik telah dibincangkan di atas.
Mari kita perhatikan dua keadaan:
- 1) kesimpulan termodinamik keseimbangan klasik tentang keadaan bukan keseimbangan tidak termasuk faktor masa;
- 2) perihalan termodinamik sistem bukan keseimbangan adalah berdasarkan prinsip keseimbangan tempatan.
Sesuai dengan prinsip keseimbangan tempatan proses yang mengganggu keseimbangan adalah kurang sengit daripada proses yang membentuk keseimbangan. Dalam kes ini, dengan tahap ketepatan tertentu, kita boleh bercakap tentang keseimbangan tempatan, dengan kata lain, tentang keseimbangan termodinamik dalam isipadu yang sangat kecil. Dalam termodinamik proses tak boleh balik, fungsi keadaan diperkenalkan yang bergantung pada pembolehubah yang sama yang bergantung padanya apabila sistem berada dalam keadaan keseimbangan termodinamik. Fungsi termodinamik, bagaimanapun, menjadi fungsi koordinat dan masa. Walaupun prinsip keseimbangan tempatan tidak boleh diperolehi daripada undang-undang termodinamik dan oleh itu didalilkan, kesahihan hipotesis ini dibenarkan oleh kebetulan teori dan eksperimen.
Untuk kelas fenomena tak boleh balik yang luas dalam pelbagai keadaan eksperimen, didapati bahawa aliran (aliran haba, aliran jisim) adalah fungsi linear bagi daya termodinamik (kecerunan suhu, kecerunan kepekatan, dll.), contohnya, hukum Fourier ( selaras dengan ini hukum aliran haba adalah berkadar dengan kecerunan suhu) atau hukum Fick (mengikut mana aliran resapan adalah berkadar dengan kecerunan kepekatan).
Menggunakan hubungan (3.37), adalah mungkin untuk meramalkan ciri-ciri proses songsang daripada ciri-ciri yang diketahui bagi satu proses. Mari kita ingat juga analisis persamaan (3.14)-(3.17).
Dalam termodinamik proses tak boleh balik, secara amnya diterima bahawa kadar kenaikan entropi atau, apa yang sama, pengeluaran entropi boleh diwakili dalam bentuk
Fakta paling ketara dalam termodinamik proses tak boleh balik ialah fakta organisasi diri dalam sistem terbuka. Proses penyusunan diri adalah sifat umum sistem terbuka. Walaupun kedengaran paradoks, sumber susunan dalam sistem terbuka ialah ketidakseimbangan sistem. Pembentukan struktur penyusunan sendiri berlaku jauh dari keseimbangan.
Terdapat banyak sistem penyusunan sendiri yang diketahui secara semula jadi. Dalam dunia haiwan, contohnya termasuk kulit belang kuda belang, pembinaan tepat sarang lebah heksagon dalam lebah, corak individu dan unik kulit pada jari manusia, dan jenis kepingan salji. Struktur temporal mungkin wujud, seperti korelasi temporal antara banyaknya arnab dan lynx yang memakannya. Walaupun proses ini turun naik dari semasa ke semasa, kemuncak pertumbuhan dalam bilangan kedua-dua populasi berkait rapat dengan masa. Contoh terkenal ini dipanggil "mangsa pemangsa" dalam biologi.
Satu contoh boleh diberikan dari sifat tidak bernyawa - sel Bénard yang terkenal dalam cecair, yang timbul pada kecerunan suhu tertentu. Dalam kes ini, aliran perolakan muncul dalam cecair, yang mempunyai struktur ciri dalam bentuk sel prisma heksagon. Di kawasan tengah prisma, cecair naik ke atas, dan berhampiran tepi menegak ia jatuh ke bawah (Rajah 3.13).
nasi. 3.13.
A- pandangan umum struktur; b- gambarajah aliran dalam sel individu
Di lapisan permukaan, cecair merebak dari tengah ke tepi, dan di lapisan bawah, dari sempadan ke pusat. Sel perolakan adalah struktur yang sangat direalisasikan di mana entropi dipindahkan. Pembentukan struktur Benard dijelaskan oleh fakta bahawa pada kecerunan suhu rendah aliran perolakan muncul dan kapasiti lapisan cecair untuk memindahkan haba meningkat. Turun naik gerakan perolakan muncul, yang menggiatkan dan mencapai skala makroskopik. Struktur Benard yang stabil timbul, di mana kadar maksimum aliran haba dipastikan.
Dalam sistem terbuka, susunan molekul baru timbul, distabilkan oleh pertukaran tenaga dengan persekitaran luaran. Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa ini tidak melanggar undang-undang kedua termodinamik. Sistem nonequilibrium pegun dengan struktur dissipative menggunakan entropi negatif. Kemunculan struktur pelesapan adalah bersifat ambang. Struktur teratur sendiri timbul daripada turun naik, dan sifat ambang organisasi diri dikaitkan dengan peralihan satu keadaan stabil kepada yang lain.
Dalam sistem terbuka, struktur dissipative terbentuk, yang dicirikan oleh pertukaran bahan dan tenaga dengan persekitaran luaran. Sistem nonequilibrium pegun dengan struktur dissipative mesti menggunakan entropi negatif. Dalam kes ini, undang-undang peningkatan entropi tidak dilanggar. Di samping itu, aliran tenaga dan jirim mewujudkan turun naik dan susunan struktur dalam sistem terbuka. Kemunculan struktur pelesapan adalah bersifat ambang. Struktur baru adalah hasil daripada ketidakstabilan dan timbul daripada turun naik. Dalam rejim subkritikal, turun naik biasanya hilang. Apabila ambang diatasi dan rejim superkritikal dicapai, turun naik semakin kuat, mencapai tahap makroskopik dan membentuk rejim stabil baharu. Oleh itu, sifat ambang organisasi diri dikaitkan dengan peralihan satu keadaan pegun yang stabil kepada yang lain. Organisasi diri dalam sistem dikaitkan dengan pembentukan struktur yang lebih kompleks daripada yang asal.
Kajian pola umum dalam proses penyusunan diri dalam sistem pelbagai sifat dijalankan oleh sinergik(dari bahasa Yunani sinergeticxs- "tindakan bersama, diselaraskan") - hala tuju dalam sains yang berkaitan dengan kajian pola susunan spatio-temporal dalam pelbagai jenis sistem, serta penggunaan corak yang dikaji dalam pelbagai bidang sains dan teknologi.
Sinergetik dalam pembangunannya adalah berdasarkan pelbagai fenomena yang agak luas bagi organisasi sistem kendiri. Kategori saintifik utama sinergetik termasuk: struktur pelesapan, gelombang pensuisan atau berjalan di hadapan peralihan fasa, pengayun diri setempat bagi denyutan, reverberator, gelombang auto, dll. Sinergetik dicirikan oleh penggunaan hasil penyelidikan beberapa objek dalam analisis yang lain. Sinergetik merangkumi bukan sahaja fizik, kimia, biologi, tetapi juga sosiologi, linguistik, dan sains sosial.
Konsep ini mempunyai aspek yang sedikit berbeza. Pengasasnya I. Prigogine menyatakan bahawa arah baru telah muncul dalam teori kimia dan fizik, iaitu pada awal perkembangannya, di mana konsep termodinamik akan memainkan peranan utama. Tugas sains baru adalah untuk membuktikan fakta bahawa ketidakseimbangan boleh menjadi punca ketertiban.
Sehingga masa lalu baru-baru ini, sains fizik sesuai dengan termodinamik keseimbangan. Subjek disiplin ini ialah proses penukaran tenaga yang berlaku dalam sistem tertutup, yang keadaannya hampir dengan keseimbangan termodinamik. Tetapi dalam sistem sedemikian tidak ada tempat untuk organisasi diri. Oleh itu, adalah perlu untuk mencipta termodinamik baharu yang mampu mencerminkan proses tidak berterusan.
Agar sistem bukan sahaja mengekalkan, tetapi juga mewujudkan ketenteraman daripada huru-hara, ia pastinya mesti terbuka dan mempunyai kemasukan tenaga dan jirim dari luar. Ia adalah sistem sedemikian yang dinamakan oleh Prigogine melesap. Seluruh dunia yang boleh diakses oleh pengetahuan kita terdiri daripada sistem sedemikian, dan dalam evolusi dunia ini, kepelbagaian bentuk dan ketidakstabilan ditemui di mana-mana.
Semasa peringkat evolusi pembangunan, sistem pelesapan, disebabkan oleh sifat pembangunan, mencapai keadaan tidak seimbang yang kuat dan kehilangan kestabilan. Ini berlaku pada nilai kritikal parameter kawalan, dan pergantungan selanjutnya proses yang sedang berjalan pada daya bertindak menjadi sangat tidak linear.
Penyelesaian kepada situasi krisis yang muncul ialah peralihan pantas sistem pelesapan kepada salah satu keadaan stabil yang mungkin, secara kualitatif berbeza daripada yang asal. Prigogine mentafsirkan peralihan sedemikian sebagai penyesuaian sistem pelesapan kepada keadaan luaran, yang memastikan kelangsungannya. Ini adalah tindakan penyusunan diri sistem.
Organisasi diri menampakkan dirinya dalam bentuk turun naik kolektif yang besar, yang tidak ada kaitan dengan undang-undang statistik fizik. Dalam keadaan peralihan, unsur-unsur sistem berkelakuan dalam cara yang berkorelasi, walaupun sebelum itu mereka berada dalam gerakan huru-hara.
Sebagai contoh, kita boleh mengambil peringkat peralihan daripada Alam Semesta homogen kepada alam berstruktur. Pada permulaan peralihan ini, Alam Semesta adalah campuran tiga bahan yang hampir tidak berinteraksi antara satu sama lain: lepton, foton dan jirim baryonik. Suhu (3000 K) dan ketumpatan jirim pada masa ini sudah agak rendah, dan di bawah keadaan ini, tiada satu pun daripada empat interaksi asas dapat menyediakan proses untuk meningkatkan kerumitan dan susunan jirim. Prospeknya ialah pembentukan "padang pasir lepton," analog "kematian haba". Tetapi ini tidak berlaku; terdapat lonjakan dalam sistem ke keadaan baru secara kualitatif: struktur skala yang berbeza muncul di Alam Semesta, yang berada dalam keadaan tidak seimbang. Untuk menjelaskan proses ini, idea-idea penyusunan diri bahan digunakan. Dari sudut pandangan formal, Alam Semesta boleh dianggap sebagai sistem pelesapan, kerana ia terbuka (jika kita menganggap vakum sebagai persekitaran Alam Semesta); nonequilibrium (komposisi keseimbangan jirim dan antijirim terganggu di dalamnya, ia terdiri daripada tiga bahagian yang hampir tidak berinteraksi antara satu sama lain, masing-masing mempunyai suhu sendiri); suhu dan ketumpatan jirim pada peringkat ini adalah kritikal, kerana tiada satu pun interaksi fizikal memastikan perkembangan selanjutnya Alam Semesta. Semua ini membawa kepada lonjakan, pembentukan Alam Semesta berstruktur.
Peralihan sistem pelesapan daripada keadaan kritikal kepada keadaan stabil adalah samar-samar. Sistem nonequilibrium kompleks mempunyai keupayaan untuk beralih daripada tidak stabil kepada salah satu daripada beberapa keadaan stabil diskret. Mana satu daripada mereka peralihan itu akan berlaku adalah masalah peluang. Dalam sistem dalam keadaan kritikal, turun naik yang kuat berkembang, dan di bawah pengaruh salah satu daripadanya, lompatan berlaku ke keadaan stabil tertentu. Oleh kerana turun naik adalah rawak, "pilihan" keadaan akhir ternyata rawak. Tetapi apabila peralihan selesai, tiada pulangan. Lompatan adalah sekali sahaja dan tidak boleh diterbalikkan. Nilai kritikal parameter sistem di mana peralihan samar-samar kepada keadaan baharu boleh dipanggil titik bifurkasi.
Penemuan fenomena bifurkasi, menurut Prigogine, memperkenalkan elemen pendekatan sejarah ke dalam fizik. Sebarang perihalan sistem yang telah mengalami bifurkasi memerlukan kemasukan kedua-dua konsep kebarangkalian dan determinisme klasik. Berada di antara dua titik bifurkasi, sistem berkembang secara semula jadi, manakala turun naik berhampiran titik bifurkasi memainkan peranan penting, yang menentukan laluan pembangunan selanjutnya yang akan dipilih.
Oleh itu, organisasi diri memaksa kita untuk melihat semula hubungan antara rawak dan semula jadi dalam pembangunan sistem, dalam alam semula jadi secara keseluruhan. Dua fasa dibezakan dalam pembangunan: evolusi lancar, perjalanan yang agak semula jadi dan ditentukan dengan ketat, dan melompat pada titik bifurkasi, yang berlaku secara rawak dan oleh itu secara rawak menentukan peringkat evolusi semula jadi seterusnya sehingga lompatan seterusnya pada titik kritikal yang baru.
Setiap orang boleh yakin bahawa titik bifurkasi bukanlah abstraksi. Mana-mana orang telah menghadapi situasi apabila dia berhadapan dengan pilihan jalan hidup masa depannya dan gabungan keadaan rawak menentukan jalan ini. Sebagai contoh, seseorang merancang untuk pergi belajar di bandar lain, tetapi patah kaki dan terpaksa tinggal di rumah. Oleh itu, kejadian itu menentukan peringkat kehidupan seterusnya. Contoh yang sama boleh diteruskan; semua orang boleh membawanya dari kehidupan mereka sendiri.
Satu perkara penting dalam perkembangan masalah termodinamik bukan keseimbangan ialah hubungannya dengan masalah ketakterbalikan masa. Organisasi diri tidak mematuhi undang-undang statistik, tetapi apabila ia berlaku, "anak panah masa" jelas terungkap - proses lompatan tidak boleh diterbalikkan. Mekanik klasik, berdasarkan undang-undang dinamik, tidak mengecualikan kemungkinan pembalikan masa. Jadi, dengan menukar tanda tambah di hadapan masa dan kelajuan dalam persamaan yang menerangkan pergerakan jasad, kami memperoleh penerangan tentang pergerakan jasad ini di sepanjang laluan yang dilalui dalam arah yang bertentangan. Dan walaupun semua pengalaman kami meyakinkan kami tentang kemustahilan untuk memutar balik masa, kemungkinan seperti itu tidak dikecualikan secara teori. Perkara lain ialah undang-undang statistik, termasuk undang-undang termodinamik. Bagi sistem yang terdiri daripada bilangan zarah yang sangat besar, proses semula jadi tidak dapat dielakkan mengikuti satu arah.
Teori malapetaka juga berkaitan dengan masalah organisasi diri. Musibah dipanggil perubahan mendadak yang berlaku dalam bentuk tindak balas mendadak sistem kepada perubahan lancar dalam keadaan luaran. Teori ini menyediakan kaedah universal untuk mengkaji semua peralihan mendadak, ketakselanjaran, dan perubahan kualitatif yang mendadak.
Hari ini gambar dunia kelihatan seperti ini. Dunia tempat kita tinggal terdiri daripada sistem terbuka berbilang skala, yang pembangunannya berjalan mengikut algoritma tunggal. Algoritma ini adalah berdasarkan kepada keupayaan wujud bahan untuk mengatur sendiri, yang menunjukkan dirinya pada titik kritikal sistem. Sistem terbesar yang diketahui manusia ialah Alam Semesta yang sedang membangun.
Rancangan pengajaran seminar (2 jam)
1. Konsep pembangunan klasik dan moden dalam sains semula jadi.
2. Intipati idea penyusunan diri kebendaan.
3. Asas sinergik dan termodinamik bukan keseimbangan.
Topik laporan dan abstrak
1. Kepentingan buku oleh I. Prigogine dan I. Stengers "Order from Chaos" untuk sains moden.
2. Asas teori bencana.
KESUSASTERAAN
1. Arnold A.I. Teori malapetaka. M., 1990.
2. Prigozhy I., Stengers I. Perintah daripada huru-hara. M., 1986.
3. Rovinsky R.E. Membangunkan Alam Semesta. M., 1996.
4. Haken G. Sinergetik. M., 1985.