149506 (731784), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

При непрерывном облучении металлов потоком частиц высокой энергии ионы выбиваются из узлов кристаллической решетки. Возникающие вакансии объединяются, образуя частички пустоты - поры. Обычно пространственное распределение вакансионных пор случайно и близко к равномерному. Однако при определенных условиях может образовываться решеточное распределение пор, симметрия и кристаллографические оси которого являются такими же как и у решетки основного кристалла. Впервые решетку вакансионных пор (ее также называют сверхрешеткой) наблюдал в 1971 году Д.Эванс в чистом молибдене, облучаемом при 870 С ионами азота с энергией - 2 МэВ.

Примерами пространственно-временных структур являются режим генерации лазера и колебательные химические реакции. Возникновение когерентного излучения в лазере происходит при достижении мощности накачки (подводимой энергии) порогового значения. Атомы или молекулы рабочего тела лазера, излучавшие до этого независимо друг от друга, начинают испускать свет согласованно, в одной фазе.

Фазовый переход в физике означает скачкообразное изменение физических свойств при непрерывном изменении внешних параметров. Неравновесный фазовый переход определяется флуктуациями. Они нарастают, увеличивают свой масштаб до макроскопических значений. Возникает неустойчивость и система переходит в упорядоченное состояние. Неравновесные фазовые переходы различной природы имеют общие характеристики. Прежде всего, упорядочение связано с понижением симметрии, что обусловлено появлением ограничений из-за дополнительных связей (корреляций) между элементами системы. Л. Д. Ландау в 1937 г. предложил общую трактовку фазовых переходов 2-го рода как изменение симметрии. В точке перехода симметрия меняется скачком. Также общим свойством кинетических фазовых переходов является наличие фундаментальной макроскопической переменной, позволяющей дать единое описание процесса упорядочения - параметра порядка. По своему физическому смыслу параметр порядка - это корреляционная функция, определяющая степень дальнего порядка в системе.

Синергетика выявила общность закономерностей развития объектов разного уровня организации. Разительное сходство уравнений, описывающих процессы в самых различных областях знаний позволяет говорить о структурном изоморфизме процессов самоорганизации любых систем. Для конкретных случаев меняются лишь параметры и значение входящих переменных. В химии, например, переменными являются концентрации реагирующих веществ. В биологии - численность организмов или биомасса, мембранный потенциал и т.д. Примером временной структуры в биологии является процесс «хищник- жертва» . Периодические колебания численности популяции зайцев и питающихся ими рысей, прослеженные компанией по заготовке пушнины «Хадсон-Бей» в течение 90 лет описываются уравнением Лотки-Вольтерра. Это же уравнение описывает незатухающие концентрационные колебания в химических системах. С точки зрения неравновесной термодинамики, процесс Лотки - Вольтерра интересен тем, что описывает систему как бы бесконечно удаленную от состояния равновесия, но еще не перешедшую в неустойчивое состояние.

Деятельность организмов немыслима без автоволновых процессов, являющихся пространственно- временными структурами. Хорошо известно «чувство времени» у многих биологических объектов, начиная от простейших и кончая высокорганизованными. Разгадка «биологических часов» лежит в периодических автоволновых процессах. Говорят, что природа не терпит пустоты, но любит ритм и цикличность.

Ярким примером последовательности бифуркаций и кинетических фазовых переходов является морфогенез . Причем здесь наглядно проявляется самое глубокое, пространственное свойство этих переходов - скачкообразное изменение симметрии системы. Морфогенез - это возникновение тканей, органов и всей структуры организма в процессе его эмбрионального развития. Исходная яйцеклетка в первом приближении имеет форму шара. Эта симметрия сохраняется на стадии бластулы, когда клетки, возникающие в результате деления еще не дифференцированны. Далее сферическая симметрия нарушается и сохраняется лишь аксиальная симметрия. На стадии гаструлы нарушается и эта симметрия - образуется сагитальная плоскость, отделяющая брюшную полость от спинной. Усложнение системы сопровождается понижением ее симметрии. Справедливо выражение «порядок есть нарушение симметрии» . Хаос в высшей степени симметричен: любая его точка подобна любой другой и все направления равноправны. Появление структуры сразу снижает симметрию.

Нарушения симметрии в ходе развития зародыша возникают спонтанно в результате неустойчивости симметричного состояния. Именно в это время малые изменения управляющих параметров (в данном случае химического состава окружающей среды) очень эффективно действуют на систему (зародыш). Появление в организме матери биологически активного вещества может привести к аномалии в развитии плода. Известным примером является запрещение талидомида, применявшегося как снотворное. У некоторой части принимавших его женщин рождались дети с многочисленными уродствами. Прием лекарства у них совпадал с моментом раскрытия неустойчивости в развитии плода.

При дальнейшем развитии организма происходит формирование структуры личности. Внешними факторами, приводящими к раскрытию неустойчивости в данном случае являются межличностные взаимодействия. В психологии известны многочисленные примеры неадекватной реакции подростков на незначительные события. Насмешка, просто неосторожное слово взрослых или сверстников иногда приводит к катастрофическим последствиям - уходу из дома, суициду. Каждый из читателей может вспомнить в своем прошлом моменты, когда какой-либо пустяк выводил его из равновесия (пользуясь терминологией синергетики - из состояния текущего равновесия).

Вернадский рассматривал жизнь на Земле как процесс имеющий космический источник энергии - Солнце. Причем основную роль в использовании солнечной энергии играют фотосинтезирующие организмы. Теория диссипативных структур выявляет более глубокую роль растительного покрова - обеспечение термодинамических условий существования жизни на планете. Земной шар вместе с живой и неживой природой является открытой, неравновесной системой. От Солнца поступает поток энергии в виде излучения. Существование на Земле упорядоченной структуры в виде биосферы возможно лишь при отводе в космическое пространство большего количества энтропии, чем приходит с солнечным излучением и вырабатывается в биосфере в результате диссипативных процессов. Можно сказать, что самоорганизация поддерживается за счет поглощения отрицательной энтропии. По предложению Бриллюэна отрицательную энтропию стали называть негэнтропией. Негэнтропийный рацион Земли составляет, по оценке Ребане, 10²² кал*град^-1 в год. Поглощая солнечное излучение растительный покров понижает эффективную температуру уходящего излучения, увеличивая поток отводимой энтропии. Это увеличивает энтропию Вселенной, но обеспечивает поддержание стационарного состояния на Земле. В этом проявляется общее свойство жизни как упорядоченной подсистемы - она ускоряет рост энтропии системы в целом, но создает упорядоченность локально. Постоянство негэнтропийного рациона Земли лежит, по-видимому, в основе закона Вернадского о сохранении биомассы на Земле.

Современный взгляд на динамическую систему Земля - Солнце выявил значение солнечной активности. Возникающие флуктуации электромагнитного и корпускулярного излучений Солнца не превышают 10^-3 от его общего потока, поэтому влияние солнечной активности на процессы, происходящие на Земле, раньше полностью отрицалось из-за энергетической малости. Однако сейчас установлено это влияние на самые разнообразные процессы в магнитосфере, верхнем и нижнем слоях атмосферы, гидро- и литосфере Земли. Воздействие происходит из-за сильной неравновесности ряда процессов в космическом пространстве, земной атмосфере и на самой Земле. Неравновесность же характеризуется наличием неустойчивостей. Солнечная активность выступает как спусковой крючок, приводящий к раскрытию этих неустойчивостей.

В настоящее время синергетические методы начинают находить применение в гуманитарных науках - экономике, социологии, психологии, лингвистике и т.д. В качестве конкретного социологического примера можно привести разработку Хакеном стохастической модели формирования общественного мнения, в которой содержится резкий переход между различными состояниями. Появляются попытки синергетического осмысления искусства.

11

Характеристики

Список файлов реферата