Естествознание. 10 класс

Урок 46. Самоорганизация. Причины и условия

Тезаурус

Самоорганизация это процесс спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка (хаоса) в открытых неравновесных системах. За счет роста флуктуаций при поглощении энергии из окружающей среды система достигает некоторого критического состояния и переходит в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем сложности и порядка по сравнению с предыдущим.

Открытая система – система, которая обменивается веществом и энергией с внешним по отношению к системе миром. К открытым системам принадлежат, например, все живые организмы и химические системы с непрерывно протекающими химическими процессами и др.

Нелинейность – термин, введённый синергетикой и означающий множество путей эволюции системы и возможность выбора из данных альтернатив; это труднопредсказуемость будущего состояния системы на основе существующего, поскольку малые воздействия внешней среды могут приводить к очень большим последствиям, а большие - к совершенно незначительным. Это делает такие системы, с одной стороны, исключительно устойчивыми по отношению к крупномасштабным неблагоприятным воздействиям, а с другой стороны - необычайно чувствительными к очень незначительным колебаниям состояния среды.

Флуктуации – (от лат. fluctuatio колебание) случайное отклонение мгновенного значения от среднего; в синергетике флуктуации при определённых условиях вырастают до масштабов системы и могут послужить началом образования новой структуры

Бифуркация – состояние системы, находящейся перед выбором возможных вариантов функционирования или путей эволюции (развилка дорог).

В точке бифуркации (на перепутье) система находится в неравновесном состоянии, где малейшие флуктуации или случайные обстоятельства могут кардинально изменить направление дальнейшего развития, закрывая тем самым возможности движения альтернативным путём. 

Бифуркации и спонтанное нарушение симметрии

Существует притча, приписываемая французскому философу XIX в. Буридану, в которой говорится об осле, стоящем между абсолютно одинаковыми и равноудалёнными пучками моркови. Будучи не в состоянии сделать выбор, к какому из пучков идти, он обречён на голодную смерть в идеально симметричном мире.

Очень часто в точках бифуркации изменяется симметрия системы. Поскольку прохождение точки бифуркации связано с влиянием случайных событий, то симметрия системы также изменяется случайно, «неожиданно», или, употребляя научный язык, спонтанно. Именно в точках бифуркации и происходит спонтанное нарушение симметрии. Это спонтанное нарушение симметрии, конечно же, произойдёт, если на место буриданова осла поставить осла реального.

Обратим ваше внимание на то, что понятие симметрии всегда связывалось с понятиями красоты и совершенства. Ричард Фейнман, обсуждая нарушение симметрии, приводит следующее японское предание. В японском городе Никко есть ворота, которые японцы называют самыми красивыми воротами страны. Они были построены в период большого влияния китайского искусства архитектором и резчиком Цвингору (середина XVII в.). Это необычайно сложные ворота, со множеством фронтонов, изумительной резьбой и большим количеством колонн, на основании которых вырезаны драконьи головы, божества и т. п. Но, приглядевшись, можно заметить, что в сложном и искусном рисунке на одной из колонн некоторые из его мелких деталей вырезаны вверх ногами. В остальном рисунок полностью симметричен. Как говорит предание, это было сделано для того, чтобы боги не заподозрили человека в совершенстве. Ошибка была сделана, дабы не вызвать зависти и гнева богов. Подхватывая эту мысль, Фейнман и предлагает объяснение:

«Но как могло случиться, что природа почти симметрична, а не абсолютно симметрична?

...боги сотворили свои законы только приближённо симметричными, чтобы мы не завидовали их совершенству!»

Бифуркации в развитии сложных систем во времени происходят под влиянием малых факторов. В некоторых случаях бифуркации сопровождаются изменением симметрии, т. е. симметрия системы спонтанно нарушается.

Список литературы

Обязательная литература:

1. Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017.: с 207 – 210.

Предметы

По алфавиту По предметным областям

Классы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
angle-skew-bottom mix-copy next-copy-2 no-copy step-1 step-2 step-3 step-4 step-5 step-6 step-6