РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

«СИНЕРГЕТИКА ЯК НАУКА»

Своє бачення даної теми я б хотів почати з розгляду безпосередньо основних властивостей еволюційних процесів і їх відмінностей від динамічних і статистичних процесів і явищ в природі, оскільки для розуміння про що надалі йтиме мова зроблено необхідне освітлення даних питань.

І так, еволюційні процеси характеризуються безповоротністю в часі і випадковістю зміни ходу процесу. Канонічною ілюстрацією цих властивостей є теорія Дарвіна. Еволюційні процеси є різновидом динамічних процесів (процесів протікаючих в часі).

У фізиці опис динамічних процесів здійснюється за допомогою систем диференціальних рівнянь. Традиційно як приклади динамічних процесів майже у всіх підручниках наводяться: рух маятника або рух одного тіла в полі тяжіння іншого. Ці приклади, проте, є лише окремим випадком динамічних систем – це, так звані консервативні системи. Їх відмінною рисою виявляє оборотність в часі - система диференціальних рівнянь, що описує динамічний процес, інваріантна щодо обігу часу. Оборотність процесів в часі має цікаві наслідки.

Консервативні динамічні системи прийнято ділити на тих, що інтегруються і не інтегруються. Система диференціальних рівнянь проінтегрує, якщо знайдений повний набір її перших інтегралів. Першим інтегралом називають функцію, яка зберігає постійне значення на всій траєкторії, визначуваній рівняннями руху. Першим інтегралом є, наприклад, повна енергія системи. Динамічна система називається тією, що інтегрується, якщо всі її перші інтеграли – аналітичні функції координат і швидкостей. Перші інтеграли дозволяють знайти стан системи у будь-який момент часу, якщо відомий її стан в який-небудь попередній момент часу. Для систем, що інтегруються, т.ч. завдання стану системи в один з моментів часу фактично відповідає завданню всієї минулої і майбутньої історії системи. Це дозволяє говорити про приреченість (детермінованої) поведінки інтегрованої системи. Так, вказаний вище рух одного тіла в полі тяжіння іншого описується двома інтегралами – інтегралом енергії і імпульсу.

Число перших інтегралів співпадає з числом незалежних динамічних змінних, що описують стан системи, які називаються ступенями свободи. Структура будь-якої системи характеризується розподілом енергії по внутрішніх ступенях свободи. У консервативних системах, що інтегруються, цей розподіл енергії або залишається незмінним, або періодично міняється, - тобто в інтегрованих системах не відбувається зміни структур, і система рано чи пізно повертається в початковий стан. Іншими словами консервативні системи, що інтегруються, не еволюціонують.

В кінці минулого століття (1892г.) Пуанкаре довів існування систем, що не інтегруються, - суть його висновків полягала в тому, в системі, описуваній диференціальними рівняннями, може з'явитися стохастичний рух (про це в наступних рефератах). Система, що не інтегрується, має також повний набір перших інтегралів, але не всі вони є аналітичними функціями.

Прикладом неінтегрованої системи виявляє рух трьох тіл в полі тяжіння один одного – траєкторії тіл стають дуже складними і заплутаними.

Характерною межею неінтегрованих систем є відсутність симетрії між минулим і майбутнім - неінтегрована система еволюціонує в часі! Еволюційні властивості систем, що не інтегруються, визначаються в основному характером взаємодії в системі. Систему, в якій стохастічность траєкторій є слідство внутрішніх взаємодій, а не випадкових зовнішніх дій називають динамічним хаосом - рухи частинок сприймаються спостерігачем як випадкові блукання.

Іншим класом фізичних систем є діссипатівниє системи. Діссипатівниє фізичні системи також приводять до необоротних процесів. "Найяскравіша відмінність між консервативними і діссипатівнимі системами виявляється при спробі макроскопічного опису останніх, коли для визначення миттєвого стану системи використовуються такі колективні змінні, як температура, концентрація, тиск і т.д. При розгляді поведінки цих змінних з'ясовується, що вони не інваріантні щодо операції обігу часу. Як прості приклади діссипатівних процесів звичайно розглядаються теплопровідність і дифузія.

У разі ізольованих систем, в яких немає ніяких обмінів із зовнішнім середовищем, безповоротність виражена знаменитим другим законом термодинаміки, відповідно до якого існує функція змінних стану системи, що змінюється монотонно в процесі наближення до стану термодинамічної рівноваги. Звичайно як така функція стану вибирається ентропія, і другий початок формулюється так: "похідна ентропії за часом не негативна". Традиційно це твердження інтерпретується як "тенденція до зростання разупорядоченності" або як “виробництво ентропії”.

У разі неізольованих систем, які обмінюються із зовнішнім середовищем енергією або речовиною, зміна ентропії буде обумовлена процесами усередині системи (виробництво ентропії) і обмінами із зовнішнім середовищем (потік ентропії). Якщо виробництво ентропії відповідно до другого закону термодинаміки ненегативне, то "потік ентропії" може бути як позитивним, так і негативним. Якщо потік ентропії негативний, то певні стадії еволюції можуть відбуватися при загальному пониженні ентропії. Останнє, згідно традиційному трактуванню, означає, що "в ході еволюції разупорядоченность зменшуватиметься за рахунок відтоку ентропії".

Т.ч. еволюційні властивості діссипатівних систем вже не можна пояснити виключно внутрішньою взаємодією частинок.

У центрі сучасних уявлень про еволюційні процеси знаходиться поняття "самоорганізації". З погляду теорії динамічного хаосу "феномен самоорганізації можна розглядати, як народження структури з хаосу структур: динамічний хаос складається із структур, під якими розуміється певна кореляція в розташуванні частинок один щодо одного. Час життя структур залежить від так званого "часу перемішування" - якщо воно достатньо велике, то в розподілі речовини системи спостерігатимуться кореляції (структури).

Прикладом самоорганізації в ізольованій системі є автохвиля в активному середовищі, що містить джерела енергії: це реакції Белоусова-Жаботінського, горіння всіх видів, імпульси збудження в нервових волокнах і м'язах.

У відритих системах потік енергії може вивести її із стійкого стану (див. вище) - починається розвиток неустойчивостей, а їх подальша самоорганізація може привести систему в стійкий неоднорідний стан. Такі стани І. Прігожін назвав "діссипатівнимі