Auto-organizarea ca bază a evoluției - antropogeneză și auto-organizare

Auto-organizarea este un proces deliberat în cursul căruia organizarea unui sistem dinamic complex este creată, reprodusă sau îmbunătățită. Proprietățile autoorganizării dezvăluie obiecte de o natură diferită: o celulă, un organism, o populație biologică, o biogeocenoză, un colectiv uman. Termenul "sistem de auto-organizare" a fost introdus de către ciberneticianul englez U.R. Ashby.







Fluctuații (de la fluctuația latină - oscilație) - abateri aleatoare ale cantităților fizice din valorile lor medii; apar în orice cantitate care depinde de factori aleatorii. În fizica statistică, fluctuațiile sunt cauzate de mișcarea termică a particulelor sistemului. Fluctuațiile determină teoretic posibila limită de sensibilitate a instrumentelor. Fluctuațiile de presiune se manifestă, de exemplu. în mișcarea Browniană a particulelor mici, sub influența unor impacte precis necompensate ale moleculelor mediului. Fluctuațiile sunt caracteristice oricăror procese aleatorii.

Conceptul de auto-organizare devine din ce în ce mai important, devenind o paradigmă pentru cercetarea vastăi clase de sisteme și procese care apar în ele. În anii șaptezeci ai secolului XX a apărut o nouă știință - synergia, care studiază mecanismele de auto-organizare și dezvoltare. Domeniul cercetării sale este studiul evoluției diferitelor structuri, a căror stabilitate relativă este menținută de fluxul de energie și materie din afară. În centrul sinergiei constă, printre altele, afirmația important ca sistemele de materiale pot fi închise și sigilate, de echilibru și de neechilibru, stabilă și instabilă, liniare și neliniare, statice și dinamice. Posibilitatea fundamentală a proceselor de auto-organizare este condiționată de faptul că, în general, toate sistemele vii și non-vii, naturale și sociale, sunt deschise, neechilibrate, neliniare.

Comandă și haos. Ca urmare a proceselor din sistemele izolate, sistemele însuși devin echilibru, ceea ce corespunde tulburării maxime a haosului termic de echilibru al sistemului. Astfel, autoorganizarea sau evoluția în cazul unui sistem închis duce la o stare de tulburare maximă. În realitate, totuși, se observă deseori fenomenele opuse.

Deja teoria lui Kant și a lui Laplace privind formarea unui sistem solar ordonat de nebuloasele haotice au contrazis începutul termodinamicii. Dar contradicția primei legi a termodinamicii cu teoria evoluționistă a lui Darwin a fost deosebit de clară. La urma urmei, potrivit ei, în lumea vie, procesele care apar în mod natural duc la complicarea formelor și structurilor, la o creștere a ordinii, la scăderea haosului și la eliminarea din echilibru. Cu alte cuvinte, autoorganizarea în natură conduce sistemul într-o stare direct opusă decât autoorganizarea în sisteme inanimate. Toate acestea au condus la apariția conceptului de sistem deschis. ceea ce a permis eliminarea contradicțiilor de mai sus.

Deschiderea sistemelor. Concepte precum un sistem izolat (închis), procesele ireversibile sunt idealizare. Când studierea proceselor reversibile (de exemplu, leagăn al pendulului în vid, fără frecare), nu există nici un sens să vorbim despre direcția fluxului de timp, t. K. Trecut, prezent și viitor, în acest caz nu este diferit. Prin urmare, în ecuațiile proceselor reversibile, timpul apare doar ca parametru care poate fi modificat. Dar, în realitate, în cazul unui pendul, există întotdeauna frecare, oscilațiile pendulului vor fi atenuate, iar trecutul, prezentul și viitorul vor fi deja diferite. Principiul evolutiva proceselor ireversibile în natură a devenit al II-lea al termodinamicii, afirmând că entropia izolată, crește de sistem. Este creșterea entropiei care determină direcția procesului, adică "Săgeata timpului".

În cartea sa "Ce este viața", fizicianul austriac E. Schroedinger remarcat faptul că mijloacele prin care corpul se menține la un nivel suficient de înalt de ordine, adică la un nivel suficient de scăzut de entropie, constă, de fapt, în extracția continuă a ordinii din mediul său. Cu alte cuvinte, organismul extrage din negentropia mediului. Un sistem deschis împrumută energia și materia din mediul său și eliberează simultan materia uzată și energia reziduală în mediu. Prin dezvoltarea și împrumutarea energiei, un sistem deschis produce entropie, dar nu se acumulează în ea, ci este emis în mediul înconjurător. Odată cu intrarea energiei și a materiei în sistemul deschis, dezechilibrul său crește, fostele legături dintre elemente sunt distruse și apar noi, care duc la o nouă structură, noi procese de cooperare, adică la comportamentul colectiv al elementelor sale.







Neliniaritate. Sistemele complexe sunt neliniare. Pentru descrierea lor, sunt utilizate ecuații matematice neliniare, adică ecuațiile în care cantitățile necunoscute intră în grade mai mari decât unul, în compoziția funcțiilor matematice (trigonometrice, logaritmice etc.) sau coeficienții depind de proprietățile mediului și de caracteristicile procesului. Ecuațiile neliniare pot avea mai multe soluții calitativ diferite. Din punct de vedere fizic, aceasta înseamnă posibilitatea unor moduri diferite de evoluție a sistemului.

Dissipativity. Marele matematician rus A.M. Lyapunov a dezvoltat o teorie generală a stabilității statelor de sisteme. Pe scurt, ideea ei poate fi exprimată după cum urmează. Stările statice ale sistemelor nu își pierd stabilitatea sub fluctuațiile parametrilor fizici, deoarece sistemul, datorită interacțiunilor interne, este capabil să stingă fluctuațiile care apar. Sistemele instabile, pe de altă parte, atunci când apar fluctuații, le pot amplifica și, ca urmare a unei asemenea creșteri a amplitudinilor de perturbare, sistemul părăsește starea staționară. Criteriul de evoluție în acest caz este cantitatea (dS / dt) <0. которая указывает направление развития физической системы к устойчивому стационарному состоянию. Эти процессы происходят достаточно медленно, поэтому на каждом этапе как бы достигается равновесие. Величина прироста энтропии за единицу времени в единице объема называется функцией диссипации . а системы, в которых функция диссипации отлична от нуля, называются диссипативными . В таких системах энергия упорядоченного движения переходит в энергию неупорядоченного движения и, в конечном счете, в тепло. Практически все системы являются таковыми, поскольку трение и прочие силы сопротивления приводят к диссипации энергии (диссипация <лат. dissipatio - разгонять, рассеивать).

În anumite condiții, scăderea totală a entropiei datorată schimbului de fluxuri cu mediul extern poate depăși producția internă. Apoi, starea omogenă dezordonată a sistemului își poate pierde stabilitatea. În ea apare și poate crește la nivelul macroscopic al așa-numitei. fluctuațiile pe scară largă. Astfel, din haos pot exista structuri care vor începe în mod constant să treacă mai mult și mai ordonate. Formarea acestor structuri nu se datorează influenței externe, ci datorită restructurării interne a sistemului, deci acest fenomen se numește autoorganizare. În acest caz, entropia atribuită aceleiași valori energetice scade. Prigozhin a numit formații ordonate care apar în sistemele disipative în timpul proceselor ireversibile care nu sunt echilibrate, structuri disipative.

La nivel macro, disiparea se manifestă ca haos. La nivel micro, haosul nu este un factor distructiv, ci o forță care duce la formarea de noi structuri.

Bifurcare. Sa spus mai sus că un sistem neliniar de ecuații care descriu aproape orice sistem complex real nu are unul, dar uneori o gamă întreagă de soluții. Soluționarea soluției cunoscute apare atunci când se modifică valoarea parametrilor sistemului. Prin urmare, avem în vedere un alt concept - parametrii de control (parametrii de comandă). Modificările parametrilor de control pot provoca catastrofe. și anume sari mari în variabilele sistemului, iar aceste sare apar aproape instantaneu.

Bifurcație (din bifurcație latină, reproducere). Complicarea structurii și a comportamentului sistemului este strâns legată de apariția unor noi soluții la bifurcații. În procesele extrem de neechilibru ale condițiilor auto corespund „interacțiune fină“ între gălbează și fluctuațiile necesitate și legile deterministe. Bifurcații, adică bruscă „explozivă“ a modificărilor sistemului, rolul principal este jucat de fluctuația sau elemente aleatoare, în timp ce în intervalele dintre bifurcatii determinism primează. O situație care apare după expunerea la fluctuațiile în sistem și apariția unei noi structuri, Prigogine numit ordinul prin fluctuație sau „ordine din haos.“ Fluctuațiile pot fi amplificate în timpul evoluției sistemului sau al decăderii, care depinde de eficiența "canalului de comunicare" între sistem și lumea exterioară.

Să evidențiem principalele condiții și condițiile pentru autoorganizarea sistemelor:

1. Sistemul trebuie să fie deschis, disipativ și departe de echilibrul termodinamic.

2. Dacă, în cazul sistemelor închise, autoorganizarea (evoluția) conduce la o creștere a entropiei și a unei tulburări, atunci în cazul sistemelor deschise apare și se amplifică ordinea prin fluctuații. Fluctuațiile care conduc, în acest caz, la "slăbirea" vechii ordini și apariția unei noi ordini. Entropia cade, cantitatea de informații (negentropia crește).

3. Controlul procesului și conservarea echilibrului dinamic al sistemelor se bazează pe principiul feedback-ului, atunci când, pe baza semnalelor de feedback recepționate, sistemul revine la starea inițială. Auto-organizarea sistemelor deschise se bazează pe principiul feedback-ului pozitiv, conform căruia schimbările care apar în sistem nu sunt eliminate, ci, dimpotrivă, se acumulează și se amplifică, ceea ce duce la apariția unei noi ordini și structuri.

4. Sistemul trebuie să aibă un număr suficient de elemente de interacțiune și, prin urmare, să aibă unele dimensiuni critice. În caz contrar, comportamentul colectiv al elementelor sistemului poate să nu se manifeste (autoorganizarea nu se produce).

5. Cu cât este mai mare sistemul în evoluția sa evolutivă, cu atât mai complexe și mai numeroase vor fi factorii care îi influențează autoorganizarea.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: