11078 (Концепція необоротності й термодинаміка. Самоорганізація у відкритих системах), страница 2

Іншим прикладом може служити самоорганізація, що виникає в хімічних реакціях. У них вона пов'язана з надходженням ззовні нових реагентів, тобто речовин, що забезпечують продовження реакції, з одного боку, і виведення в навколишнє середовище продуктів реакції, з іншої сторони. Зовні самоорганізація проявляється тут у появі в рідкому середовищі концентричних хвиль або в періодичній зміні цвіту розчину, наприклад, із синього на червоний і назад («хімічні годинники»). Ці реакції вперше були експериментально вивчені вітчизняними вченими Б. Белоусовим і А. Жаботинським. На їхній експериментальній основі бельгійськими вченими на чолі І. Р. Пригожиним (росіянином по походженню, р. 1917 р.) була побудована теоретична модель, названа брюсселятором (по ім'ю столиці Бельгії - Брюсселя). Ця модель лягла в основу досліджень нової термодинаміки, що часто називають нерівновагою, або нелінійної. Як відзначає И. Р. Пригожин:

Перехід від термодинаміки (вірніше термостатики) рівноважних станів до термодинаміки нерівновагих процесів, безсумнівно, знаменує прогрес у розвитку ряду галузей науки.

Про рівновагу й нерівновагу систем уже говорилося. Пояснимо, що розуміється під нелінійністю в термодинаміку й теорії самоорганізації взагалі. Відмітна риса моделей, що описують відкриті системи й процеси самоорганізації, полягає в тому, що в них використовуються нелінійні математичні рівняння, у які входять змінні в ступені вище першої (лінійної). Хоча лінійні рівняння й дотепер часто застосовуються у фізику й точному природознавстві в цілому, вони виявляються неадекватними для опису відкритих систем або ж при досить інтенсивних впливах на системи. Саме з подібними системами й процесами має справа нова термодинаміка й тому її нерідко називають нелінійною.

Самоорганізація у відкритих системах

Відкриття самоорганізації в найпростіших системах неорганічної природи, насамперед у фізику й хімії, має величезне наукове й філолофсько-світоглядне значення. Воно показує, що такі процеси можуть відбуватися у фундаменті самого «будинку матерії», і тим самим проливає нове світло на взаємозв'язок живої природи з неживий. З такого погляду виникнення життя на Землі не здається тепер таким рідким і випадковим явищем, як про це говорили багато вчених раніше. З позиції самоорганізації стає також ясним, що весь навколишній нас мир і Всесвіт являють собою сукупність різноманітних процесів, що самоорганізуються, які є основою будь-якої еволюції.

Як же пояснює сучасна наука, і зокрема, сінергетика процес самоорганізації систем?

1. Для цього система повинна бути відкритої, тому що закрита, ізольована система у відповідності із другим законом термодинаміки в остаточному підсумку повинна прийти в стан, характеризуємо максимальним безладдям або дезорганізацією.

2. Відкрита система повинна перебувати досить далеко від крапки термодинамічної рівноваги. Якщо система перебуває в крапці рівноваги, то вона має максимальну ентропію й тому нездатне до якої-небудь організації: у цьому положенні досягається максимум її самодезорганізації. Якщо ж система розташована поблизу або недалеко від крапки рівноваги, то згодом вона наблизиться до неї й зрештою прийде в стан повної дезорганізації.

3. Якщо принципом, що впорядковує, для ізольованих систем є еволюція убік збільшення їхньої ентропії або посилення їхнього безладдя (принцип Больцмана), то фундаментальним принципом самоорганізації служить, навпроти, виникнення й посилення порядку через флуктуації. Такі флуктуації, або випадкові відхилення системи від деякого середнього положення, на самому початку придушуються й ліквідуються системою. Однак у відкритих системах завдяки посиленню неравноважності ці відхилення згодом зростають і зрештою приводять до «розхитування» колишнього порядку й виникненню нового порядку.

Цей процес звичайно характеризують як принцип утворення порядку через флуктуації. Оскільки флуктуації носять випадковий характер (а саме: з них починається виникнення нового порядку й структури), те стає ясним, що поява нового у світі завжди пов'язане з дією випадкових факторів. У цьому висновку знаходить своє конкретне підтвердження геніальний здогад античних філософів Епікура (341-270 до н.е.) і Лукреція Кара (99-45 до н.е.), що вимагала допущення випадковості для пояснення появи нового в розвитку миру.

4. На відміну від принципу негативного зворотного зв'язку, на якому ґрунтується керування й збереження динамічної рівноваги систем, виникнення самоорганізації опирається на діаметрально протилежний принцип - позитивний зворотний зв'язок. Функціонування різних технічних регуляторів і автоматів ґрунтується на принципі негативного зв'язку, тобто одержанні зворотних сигналів від виконавчих органів щодо положення системи й наступного коректування цього положення керуючими пристроями. Для розуміння самоорганізації варто звернутися до принципу позитивного зворотного зв'язку, відповідно до якого зміни, що з'являються в системі, не усуваються, а навпроти, накопичуються й підсилюються, що й приводить зрештою до виникнення нового порядку й структури.

5. Процеси самоорганізації, як і переходи від одних структур до інших, супроводжуються порушенням симетрії. Процеси самоорганізації, пов'язані з необоротними змінами, приводять до руйнування старих і виникненню нових структур.

6. Самоорганізація може початися лише в системах, що володіють достатньою кількістю взаємодіючих між собою елементів і, отже, що має деякі критичні розміри. У противному випадку ефекти від сінергетичної взаємодії будуть недостатні для появи кооперативного (колективного) поводження елементів системи й тим самим виникнення самоорганізації.

Ми перелічили необхідні, але далеко не всі умови для виникнення самоорганізації в різних системах природи. Навіть у хімічних системах, що самоорганізуються, які вивчали Белоусов і Жаботинський, в «гру» вступають такі нові фактори, як процеси каталізу, які прискорюють хімічні реакції. Тому можна зробити висновок, що чим вище ми піднімаємося по еволюційним сходам розвитку систем, тим більш складними і численними виявляються фактори, які відіграють роль у самоорганізації.

Література

1. Аскин Я.Ф. Проблема времени. Её физическое истолкование. – М., 1986.

2. Ахундов М.Д. Концепції простору й часу: джерела, еволюція, перспективи, - К., 1992.

3. КСЕ. Для студентов вузов. – Р.-на- Д., 1997

4. Осипов А.И. Простір і час як категорії світогляду й регулятори практичної діяльності. – К., 1989.

5. Основи філософії. //за ред. О.Г.Спиркіна - К., 1993.