Реферати українською » Экология » Природні системи


Реферат Природні системи

Страница 1 из 2 | Следующая страница

>Реферат

концепцією природознавства

на задану тему «Природні системи».

>МСХА їм Тімірязєва 2002 р.

Зміст

1. Запровадження.

2. Типи систем. Характеристики.

3. Принципи самоорганізації систем.

4. Особливості відкритихдиссипативних систем.

5.Самоорганизация у відкритих системах.

6. Порядок і безладдя у природі. Хаос.

7. Укладання

8. Список літератури

Запровадження

Системний підхід до аналізу об'єктів є характерною тенденцією сучасного наукового пізнання. Постає запитання: що він дав вивченню природи як об'єкту системного аналізу?

Насамперед зупинимося на визначенні поняття природа. Можна дати, по крайнього заходу, три основних значеннєвих уявлень цього поняття.

1. Природа – це все суще, увесь світ в різноманітті його форм. У цьому вся значенні поняття природи можна порівняти з цими поняттями, як матерія, Всесвіт.

2. У вужчому сенсі природа – це об'єкт науки, інакше кажучи– комплексний (системний) об'єкт природознавства (наук про природу). Сучасне природознавство продовжує розвивати наукове ставлення до розвитку природи, її загальних, особливих та порожніх приватних законах, різні форми руху матерії, про просторово-часової організації її об'єктів, структурних рівнях у межах єдиної системи.

3. Найчастіше вживане значеннєве уявлення про природу – це сукупність природних умов людського суспільства. Звідси є важливим перебування місця та виявлення ролі природи у процесі формування ставлення до неї чоловіки й людського суспільства загалом.

Класичне природознавство орієнтувалося переважно на вивчення не динаміки, а статики систем. Такий підхід найхарактерніший для атомістичної концепції класичної фізики.

>Атомистический погляд спирався подання, що властивості і закони рухи різноманітних природних систем може бути описані властивостями тих дрібних елементів матерії, з яких вони складаються. На початку такими найпростішими структурними елементами вважалися молекули і атоми, та був елементарні частки, а час – віртуальні струни.

>Атомистический підхід має значення до пояснень явищ природи, проте головним у ньому є будову та структура різних систем, але їх виникнення та розвитку.

Системний і еволюційний підходи, які поширені з 60-х рр. ХХ століття, основну увагу приділяють вивченню характеру взаємодії елементів різних систем, зокрема і біологічних. Так, народження різних гіпотез і моделей виникнення і еволюції Всесвіту можна було лише після поширення системних ідей ставлення до самоорганізації відкритих систем.

Типи систем. Характеристики.

 

Система (грецьк.systema – ціле, складене з двох частин) – безліч елементів, що у зв'язках, і стосунках одне з одним, їхнім виокремленням певну цілісність, єдність.

Головне, який визначає систему, – це взаємозв'язок і їхню взаємодію частин у межах усього. Якщо така взаємодія існує, то припустимо говорити про систему, хоча ступінь взаємодії її частин може бути різною. Слід звернути увагу, кожен окремий об'єкт, предмет чи явище можна як певну цілісність, що складається з двох частин, і досліджувати в розумінні системи.

Все розмаїття матеріальних систем зводиться до трьом основним типам:

- Системи неживої природи;

- Системи живої природи;

- Громадські системи.

Крім цього виділяють систему >биокосную – це природна система, створювана динамічним стосунками організмів й навколишньої їхабиотической середовища (наприклад, біогеоценоз, екосистема) і системи біологічні.

Біологічні системи – це динамічно саморегульовані і, зазвичай,саморазвивающиеся ісамовоспроизводящиеся біологічні освіти різної складності (від макромолекули до сукупності живих організмів одночасно), які мають, з одного боку, властивістю цілісності, з іншогосоподчиненностью у складіструктурно–функциональних ієрархічних рівнів організації. Це відкриті системи, умовою існування яких служить внутрішньо контрольований обмін речовиною з довкіллям і проходження зовнішнього стосовно ним потоку енергії.

За обсягом і числу складових частин системи діляться на прості і складні.

Системи вважаються простими тоді як них входить мало змінних, і тому взаємини між елементами системи піддається математичної опрацюванні та виведенню універсальних законів.

Складні системи складаються із великої числа змінних, отже, і кількості перетинів поміж ними. Що він більше, важче описати закономірності функціонування даного об'єкта (системи). Труднощі вивчення таких систем обумовлені й та обставина, що замість складніше система, тим більше в неї проемерджентних властивостей, тобто властивостей, яких в її частин 17-ї та що є наслідком їх взаємодії і цілісності системи. Такі складні системи вивчає наприклад метеорологія – наука про кліматичних процесах. У зв'язку з складністю систем, які вивчає ця наука. Процеси освіти погоди залишаютьсямалоизученними і, звідси, проблематичність як довгострокових, а й короткострокових прогнозівметеообстановки. До складним системам можна адресувати біологічні системи, включаючи всі структурні рівні їх організації від клітини до популяції.

 

Принципи самоорганізації систем.

Крім розподілу систем на прості складні, все системи можна розділити на закриті і відкриті. На відміну від закритих, чи ізольованих, відкриті системи обмінюються з довкіллям енергією, речовиною й від. Усі реальні системи є саме відкритими. У неорганічної природі вони обмінюються із зовнішнього середовищем, що також складається з різноманітних систем, які мають енергією і речовиною. У соціальних і гуманітарних системах до цього додається обміну інформацією. Інформаційний обмін здійснюється й у біологічних системах, зокрема за передачі генетичної інформації.

Як показав австрійський фізик ЛюдвігБольцман, з другого закону термодинаміки слід, що це реальні процеси у Всесвіті мають відбуватися зі збільшенням ентропії. У стані рівноваги вона максимальна.Энтропия, як засвідчилоБольцман, характеризує ступінь безладдя у системі, що вона більше, то більше вписувалося безладдя. Тепер зрозуміло, що теплова енергія рівноважного стану некорисна з метою роботи, вона найбільш безладна. Стає ясним, чому увесь природні процеси у природі тривають від розсіюванням енергії. Оскільки це збільшує безладдя. Слід, проте, помітити, що другий закон носить статистичний характері і застосуємо лише у системам, що містять велику кількість частинок.

Коли ентропія системи зростає, то, відповідно, посилюється безладдя у системі. У разі другий закон термодинаміки постулює: ентропія замкнутої системи, тобто системи, яка обмінюється з його оточенням ні енергією ні речовиною, невпинно зростає. І це означає, такі системи еволюціонують у бік зростання у яких безладдя, хаосу і дезорганізації, доки досягнуть точки термодинамічної рівноваги, у якій всяке виробництво роботи стає неможливим.

За другим закону термодинаміки все природні процеси необоротні і може протікати лише у один бік: у бік збільшення безладдя, тобто у бік теплового рівноважного стану., через що і виникає так звана «стріла часу».

У відкритих системах також провадиться ентропія, що у них відбуваються незворотні процеси, але він у тих системах не накопичується, як і закритих, а виводиться в довкілля. Оскільки ентропія характеризує ступінь безладдя у системі, остільки можна сказати, що відкриті системи живуть рахунок запозичення порядку із зовнішнього середовища.

Живі системи для свого існування поглинають речовина ззаключенной у ньому енергією високої якості (як харчування), переробляючи яке, вони вивільняють речовина (екскременти) з енергією «низьку якість». У результаті ця різницю енергій йде для підтримки життя і підвищення структурованості. І хоча у результаті ентропія на живу системі зменшується, загальна ентропія живої системи та довкілля (рахунок виходу «розхристаною» енергії) збільшується, як випливає з другого закону. Отже, тоді як певної частини системи відбуваються процеси, які зменшують ентропію (які збільшують організованість), то іншій частині системи обов'язково протікають процеси, її які збільшують, отже сумарне зміна ентропії завжди позитивно. Виявляється, що самоорганізація систем може й часто відбувається спонтанно. Через війну таких процесів з більшою ймовірністю й тероризму відбулася життя.

Проте самоорганізація може відбуватися лише дуже нерівноважнихдиссипативних системах внаслідок випадкових флуктуацій (флуктуація, латів.fluctuatio, – коливання, відхилення від деякого середнього становища) чи зовнішніх впливів. Наука, що займається еволюцією і виникненням таких систем, називається синергетикою чи термодинамікою відкритих нерівноважних систем.

Особливості відкритихдиссипативних систем.

Відкритінеравновесние системи, активно які з довкіллям, можуть купувати особливе динамічний стан – –диссипативность (>диссипация, латів.dissipatio, – розсіювання), що можна з'ясувати, як якісно своєріднемакроскопическое прояв процесів, які протікають на мікрорівні.Неравновесное перебіг безлічімикропроцессов набуває деякуинтегративную результуючу на макрорівні, яка якісно відрізняється від цього, що приміром із кожною окремою їїмикроелементом. Завдякидиссипативности в нерівноважних системах можуть спонтанно виникати нові типи структур, учиняться переходи від хаосу і безладдя порядок та молодіжні організації, виникати нові динамічні стану матерії.

>Диссипативность виявляється у різних формах: у спроможності «забувати» деталі деяких зовнішніх впливів, в «природному доборі» серед безлічімикропроцессов,разрушающем те що відповідає загальну тенденцію розвитку; в когерентності (узгодженості)микропроцессов, який встановлює їх якийсь загальний темп розвитку, та інших.

Поняттядиссипативности був із поняттям параметрів порядку.Самоорганизующиеся системи – це звичайно дуже складні відкриті системи, які характеризуються величезним числом ступенів свободи. Проте зовсім в усіх ступеня свободи системи однаково важливі його функціонування. З часом у системі виділяється небагато провідних, визначальних ступенів свободи, яких «підлаштовуються» інші. Такі основні ступеня свободи системи дістали назву параметрів порядку.

У процесі самоорганізації породжує безліч нових властивостей і станів. Дуже важливо було, які зазвичай співвідношення, котрі пов'язують параметри порядку, набагато простіше, ніж математичні моделі, детально описують всю нової судової системи. Це з тим, що параметри порядку відбивають зміст підстав нерівновагової системи. Тому завдання визначення параметрів порядку – одну з найважливіших при конкретному моделюванні самоорганізуючих систем.

>Самоорганизация у відкритих системах.

 Після відкриття самоорганізації в найпростіших системах неорганічної природи стало ясним, що все навколишній світ образу і Всесвіт є сукупність різноманітних самоорганізованих процесів, які є основою будь-який еволюції.

Сучасна наука процес самоорганізації систем визначає так:

1. Система мусить бути відкритої, оскільки закрита ізольована система відповідно до другим законом термодинаміки зрештою повинна прийти до стану,характеризуемое максимальним безладдям чи дезорганізацією.

2. Відкрита система повинна бути досить далеке від точки термодинамічної рівноваги. Якщо цю систему перебуває у точці рівноваги, вона має максимальної ентропія і тому неспроможна до якоїсь організації: у тому становищі досягається максимум їїсамодезорганизации. Якщо ж система розташована поблизу чи неподалік точки рівноваги, те із часом вона наблизиться до неї і наприкінці кінців прийде у стан цілковитої дезорганізації.

3. Якщоупорядочивающим принципом для ізольованих систем є еволюція у бік зростання їх ентропії чи посилення їх безладдя (принципБольцмана), то фундаментальним принципом самоорганізації служить, навпаки, виникнення й пожвавлення порядку через флуктуації. Такі флуктуації, чи випадкові відхилення системи від деякого середнього становища, від початку придушуються і ліквідуються системою. Однак у відкритих системах завдяки посиленню нерівноваги цих відхилень згодом зростають і наприкінці кінців призводять до «розхитуванню» колишнього порядку й виникненню нового. Цей процес відбувається зазвичай характеризують як основуорганизования порядку через флуктуації. Оскільки флуктуації мають випадковий характер ( саме з нього починається виникнення нового порядку й структури) стає ясним, що нового континенту в світі завжди пов'язані з дією випадкових чинників.

4. На відміну від принципу негативною зворотний зв'язок, у якому грунтується управління економіки й збереження динамічного рівноваги систем, виникнення самоорганізації спирається на діаметрально протилежний принцип – позитивну зворотний зв'язок, за яким зміни, які у системі, не усуваються, а навпаки нагромаджуються і посилюються, що призводить зрештою до виникнення нового порядку й структури.

5. Процеси самоорганізації, як і переходи від самих структур решти, супроводжуються порушенням симетрії. Ми вже бачили, що з описі необоротних процесів довелося відмовитися від симетрії часу, властивій оборотних процесів в механіці. Процеси самоорганізації, пов'язані з необоротними змінами, призводять до руйнування давніх і виникнення нових структур.

6.Самоорганизация може початися вже лише системах які мають достатню кількість взаємодіючих між собою елементів і, отже, мають деякі критичні розміри. Інакше ефекти від синергетичного взаємодії будуть недостатні до появи кооперативного (колективного) поведінки елементів системи та цим виникнення самоорганізації.

Перераховані вище умови безумовно є необхідні виникнення самоорганізації у різних природних системах. Але ясна річ недостатніми. Так було в хімічних і біологічних самоорганізуючих системах важлива роль відводиться чинникам прискорення хімічних реакцій (процеси каталізу).

Порядок і безладдя у природі. Хаос.

Головна ідея синергетики (предметом яким є самоорганізуючі системи) – це ідея про принципову можливість спонтанного виникнення порядку й організації з безладдя та хаосу внаслідок процесу самоорганізації. Вирішальним чинником самоорганізації є освіту петлі позитивним зворотним зв'язку системи та середовища. У цьому система починає самоорганізовуватися і протистоїть тенденції її руйнації середовищем. Наприклад, в хімії таке явище називаютьавтокатализом. У неорганічної хіміїавтокаталитические реакції досить поодинокі, але, як показали дослідження останніх десятиріч складують у області молекулярної біології, петлі позитивним зворотним зв'язку (разом з іншими зв'язками – взаємний каталіз, негативна зворотний та інших.) становлять саму основу життя.

Становлення самоорганізації багато чому визначається характером взаємодії випадкових і необхідних чинників системи та її середовища. Система самоорганізується не гладко і, не неминуче.Самоорганизация переживає і переломні моменти – точки біфуркації. Поблизу точок біфуркації в системах спостерігаються значні флуктуації, роль випадкових чинників різко зростає.

У переломний момент самоорганізації принципово невідомо, у напрямі відбуватиметься розвиток: стане стан системи хаотичним або він перейде нового, вищого рівня упорядкованості та молодіжні організації (фазові переходи ідиссипативние структури – лазерні пучки, нестійкості плазми,флаттер, хімічні хвилі, структури в рідинах та інших.). У точці біфуркації система хіба що «коливається» перед вибором тієї чи іншої шляху організації, шляхів розвитку. У стані невеличка флуктуація (момент випадковості) може бути початком еволюції (організації) системи у певній певному (і найчастіше несподіваному чи навіть малоймовірному) напрямі, одночасно відтинаючи у своїй можливості розвитку на інших напрямах.

Як з'ясувалося, перехід від Хаосу до Порядку цілком піддається математичному моделюванню. І те, у природі існує дуже багато універсальних

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація