Динамические и статистические законы
Важнейшим принципом естествознания является причинность. Классические картины мира были построены на основе динамических законов, выражающих жесткие однозначные связи между причиной и следствием на основе законов механики, термодинамики и электродинамики можно точно и однозначно определить состояние и движение тела или системы. С увеличением числа тел точность динамических законов становится все меньше. Для систем, представленных большим числом частиц они оказываются непригодными, т.к. создавались на основе необходимости и не учитывали случайность. Статистические законы учитывают момент случайного и носят вероятностный характер: результат предсказывается с определенной вероятностью.
Если в классической физике статистический подход предопределен возможностью обойти трудности динамического описания системы объектов, то в квантовой физике этот процесс обусловлен природой микрообъектов, их вероятностным поведением. Таким образом, квантовая механика, описывающая движение микрообъектов, является принципиально статистической теорией. Одно из важнейших положений современного естествознания состоит в том, что в целом причинно-следственные связи отличаются не динамическим, а статистическим (вероятностным) характером. Из всех возможных состояний система реализует наиболее вероятные. Фундаментальный характер статистических законов ярко проявляется, например, и в генетике- науке о наследственности. Она так же, как и квантовая механика, является принципиально статистической теорией. Главные законы науки о наследственности – закон комбинирования генов при скрещивании (Г. Мендель) и закон современного наследования специальных генов (Т. Морган) – имеют вероятностный характер. Генетика истолковала природу естественного отбора как отбор случайных изменений генетических программ и закрепление полезных из них. В настоящее время решение всех сложных проблем подводит к пониманию статистических законов, т.е., образно говоря, мир построен на вероятности.
|
|
|
Порядок и беспорядок (хаос) в природе. Классическая термодинамика описывает только поведение строго изолированных систем, близких к состоянию термодинамического равновесия и отклоняющихся от него лишь в пределах чисто статистических флуктуаций. В таких образованиях могут происходить разрушительные процессы, сопровождающиеся неуклонным возрастанием энтропии. Однако повсеместно в природе наблюдаются и процессы самоорганизации вещества, самопроизвольного возникновения из хаоса неравновесных, так называемых «диссипативных структур». Наиболее яркими примерами подобных процессов могут служить явления самозарождения жизни и биологической эволюции.
|
|
|
«Порядок из хаоса» - так называется известная книга одного из основоположников термодинамики неравновесных процессов, Нобелевского лауреата И. Пригожина, написанная им в соавторстве с историком науки И. Стенгерс (1881-1942). Сегодня считается, что возможность возникновения хаотичности является реальным для абсолютного большинства систем (физических, химических, биологических и социальных). Это объясняется неустойчивостью движения систем, потому что почти все реальные организации являются открытыми (не замкнутыми) и диссипативными.
Открытость системы означает ее взаимодействие с окружающим миром. Диссипативность связана с рассеянием энергии, например, при наличии сил трения которые фактически распространены повсюду. Но если в природе что-то «возможно», то это почти неминуемо рано или поздно реализуется. Такие состояния, когда в упорядоченной системе появляется хаос, получили название «детерминированного хаоса». Данная система может по-разному переходить из одного состояния в другое или, как говорят, «выбирать разные траектории движения».
В реальных системах всегда существует возможность появления хаоса. При этом путь эволюции одной конкретной системы можно предсказать лишь с некоторой вероятностью. Поясним сказанное простым примером, рассматривая процесс нагревания жидкости в сосуде на электроплите. При малом перепаде температур в жидкости реализуется теплопроводность за счет столкновения молекул. Сама жидкость находится в состоянии покоя; вязкость жидкости препятствует ее перемешиванию. При повышении перепада температур состояние жидкости становится неустойчивым. Более нагретая жидкость устремляется наверх, менее нагретая – вниз. Местонахождение этих точек совершенно случайно, в них вязкость неспособна преодолеть конвекцию. Это и есть состояние детерминированного хаоса.
|
|
|
Детерминированность проявляется в том, что конвективные потоки возникают обязательно, а хаос обнаруживается там, где невозможно предсказать места их появления. Но появление хаоса закономерно. Картина становится еще более непредсказуемой при достижении жидкостью температуры кипения, когда пузырьки пара образуются на основе наиболее быстрых молекулах. Их местоположение совершенно непредсказуемо. Мерой неупорядоченности системы, мерой ее хаотичности и близости к состоянию равновесия является энтропия. Суть второго закона термодинамики состоит в том, что энтропия замкнутой системы не может убывать. Это означает, что самопроизвольно идущие процессы приводят систему к хаосу, к состоянию равновесия как наиболее вероятному.
|
|
|
Но в природе и техносфере имеется большое число таких открытых систем, которые находятся в более упорядоченном состоянии, чем вещество из которого они созданы, чем окружающая среда. В частности, машина более упорядочена, нежели набор деталей; человеческий организм более упорядочен, чем набор живых клеток, из которого он состоит. Всем реальным системам живой и неживой природы наряду с хаотичностью свойственно упорядочение и самоорганизация.
На первый взгляд кажется парадоксальным, что беспорядок и хаос могут приводить к порядку. Доказательством этого может служить лазерная генерация, где из хаоса случайных переходов возникает близкий к идеалу упорядоченный лазерно проявляющийся луч. Сказанное о хаосе и порядке означает, что они не разделены стеной, но всегда находятся рядом, они едины. Кусок аморфного стекла, например, со временем становится кристаллическим (упорядоченным).
В 70-е годы XXв. появилась научная дисциплина, предметом изучения которой стала самоорганизация в сложных, открытых, неравновесных системах. Это синергетика.
Синергетике только 20 лет. Термин «синергетика» был предложен в 70-х годах XX в. немецким ученым Г. Хакеном. Возникновение порядка из хаоса она объясняет как процесс самоорганизации материи на основе случайного поиска. Данный процесс составляет сущность эволюции Вселенной. Сегодня возникает вопрос, на какой же основе должна происходить интеграция накопленных человечеством знаний для решения указанной выше глобальной проблемы? Физики считают, что это может быть проведено на основе эволюционно-синергетической парадигмы. Как известно, синергетика – это теория самоорганизации открытых нелинейных диссипативных систем, к которым относится всё живое: от клетки до Вселенной, от ручейка до мирового океана, от человека до цунами. В эволюционно-синергетическом подходе изначально заложен гуманизм как признание самоценности человеческой личности, понимание диалога и сотрудничества в качестве необходимых условий существования самого человека. Это означает интеграцию естественно-научных и художественно-гуманитарных знаний, следовательно, интеграцию двух культур. В данном процессе человеку отводится центральное место, но он не вершина природы, а только ее часть. Обозначенная проблема серьезным образом затрагивает систему образования, ибо оно должно строиться на новом принципе, ведущем не к дифференциации, а интеграции знаний.
Дата добавления: 2015-12-18; просмотров: 30; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!