Синергетика, порядок и беспорядок в природе.
Динамические и статистические закономерности в природе
Детерминизм (жёсткий) как идея полной предопределённости всех будущих событий
Критика концепции детерминизма Эпикуром, его учение о неустранимой случайности в движении атомов
Механистический детерминизм как:
утверждение о единственно возможной траектории движения материальной точки при заданном начальном состоянии;
лапласова концепция полной выводимости всего будущего (и прошлого) Вселенной из её современного состояния с помощью законов механики
Детерминистское описание мира: динамическая теория, которая однозначно связывает между собой значения физических величин, характеризующих состояние системы
Примеры динамических теорий:
механика,
электродинамика,
термодинамика,
теория относительности,
эволюционная теория Ламарка,
теория химического строения.
Невозможность абсолютно точного задания начального состояния системы вследствие неизбежной погрешности измерений.
Невозможность достаточно точного задания начального состояния систем с динамическим хаосом, для которых любая допущенная в измерениях или расчётах погрешность очень быстро нарастает с течением времени.
Примеры систем с динамическим хаосом:
погода и климат,
турбулентность,
фондовые рынки
Отличие хаоса (непредсказуемость возникает вследствие слишком сильной
чувствительности поведения системы к начальным условиям) от беспорядка (поведение системы определяется постоянно действующими на неё неконтролируемыми факторами).
Описание систем с хаосом и беспорядком: статистическая теория, которая однозначно связывает между собой вероятности тех или иных значений физических величин.
Основные понятия статистической теории:
случайность (непредсказуемость)
вероятность (числовая мера случайности)
среднее значение величины
флуктуация (случайное отклонение системы от среднего (наиболее вероятного) состояния)
Примеры статистических теорий:
молекулярно -кинетическая теория (исторически первая статистическая теория),
квантовая механика, другие квантовые теории
эволюционная теория Дарвина,
молекулярная генетика.
Соответствие динамических и статистических теорий: их предсказания совпадают, когда можно пренебречь флуктуациями; в остальных случаях статистические теории дают более глубокое, детальное и точное описание реальности
Концепции квантовой механики
Корпускулярные свойства света: фотоэффект
Волновые свойства частиц. Дифракция электронов
Корпускулярно-волновой дуализм как всеобщее свойство материи
Мысленный эксперимент «микроскоп Гейзенберга»
Соотношение неопределенностей координата-импульс (скорость)
Соотношение неопределенностей энергия-время
Принцип дополнительности как утверждение о том, что:
невозможны невозмущающие измерения (измерение одной величины делает невозможным или неточным измерение другой, дополнительной к ней величины)
полное понимание природы микрообъекта требует учёта как его корпускулярных, так и волновых свойств, хотя они не могут проявляться в одном и том же эксперименте
в широком смысле для полного понимания любого предмета или процесса необходимы несовместимые, но взаимодополняющие точки зрения на него
Описание состояния в квантовой механике: волновая функция
Статистический характер квантового описания природы
Соответствие квантовой и классической механики: их предсказания совпадают для макроскопических объектов, для которых несущественны соотношения неопределённостей и корпускулярно-волновой дуализм.
Принцип возрастания энтропии
Формы энергии:
тепловая,
химическая,
механическая,
электрическая.
Первый закон термодинамики — закон сохранения энергии при ее превращениях
Первый закон термодинамики как утверждение о невозможности вечного двигателя первого рода.
Изолированные и открытые системы
Термодинамическое равновесие как состояние, к которому самопроизвольно стремится любая изолированная система.
Признаки равновесного состояния:
однородность
отсутствие потоков вещества, энергии, заряда и т.п.
Второй закон термодинамики как принцип возрастания энтропии в изолированных системах
Энтропия как измеряемая физическая величина (приведенная теплота)
Изменение энтропии тел при теплообмене между ними
Второй закон термодинамики как принцип направленности теплообмена (от горячего к холодному)
Качество (ценность) энергии
Высококачественные формы энергии: механическая, электрическая
Низкокачественная форма энергии: теплота
Понижение качества тепловой энергии с понижением температуры
Энтропия как мера некачественности энергии
Второй закон термодинамики как принцип неизбежного понижения качества энергии
Второй закон термодинамики как утверждение о невозможности вечного двигателя второго рода
Энтропия как мера молекулярного беспорядка
Второй закон термодинамики как принцип нарастания беспорядка и разрушения структур
Закономерность эволюции на фоне всеобщего роста энтропии
Энтропия открытой системы: производство энтропии в системе, входящий и выходящий потоки энтропии
Термодинамика жизни: добывание упорядоченности из окружающей среды.
Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма
Синергетика — теория самоорганизации
Междисциплинарный характер синергетики
Самоорганизация в природных и социальных системах как самопроизвольное возникновение упорядоченных неравновесных структур в силу объективных законов природы и общества
Примеры самоорганизации в простейших системах:
лазерное излучение,
ячейки Бенара,
реакция Белоусова-Жаботинского,
спиральные волны.
Необходимые условия самоорганизации:
неравновесность,
нелинейность системы.
Признак неравновесности системы:
протекание потоков вещества,
энергии,
заряда и т.д.
Диссипация (рассеяние) энергии в неравновесной системе.
Диссипативная структура — неравновесная упорядоченная структура, возникшая в результате самоорганизации.
Пороговый характер (внезапность) явлений самоорганизации.
Точка бифуркации как момент кризиса, потери устойчивости
Рост флуктуации по мере приближения к точке бифуркации (теоретическое положение и примеры).
Стабилизация флуктуации за точкой бифуркации (порядок из хаоса.)
Синхронизация частей системы в процессе самоорганизации.
Понижение энтропии системы при самоорганизации.
Повышение энтропии окружающей среды при самоорганизации.
Универсальный эволюционизм как научная программа современности, его принципы:
всё существует в развитии;
развитие как чередование медленных количественных и быстрых качественных изменений (бифуркаций);
законы природы как принципы отбора допустимых состояний из всех мыслимых;
фундаментальная и неустранимая роль случайности и неопределенности;
непредсказуемость пути выхода из точки бифуркации (прошлое влияет на будущее, но не определяет его);
устойчивость и надежность природных систем как результат их постоянного обновления.