РУССКИЙ ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ.
Содержание
Введение………………………………………………………………………………………....3
1. Самоорганизация колебаний в атомах и молекулах………………………………………..4
2. Колебательные химические реакции, как пример самоорганизации в неживой природе.7
Заключение……………………………………………………………………………………...10
Список использованной литературы………………………………………………………….11
Введение
Сегодня никому не нужно доказывать, что природа и все ее предметы – это самоорганизующиеся системы, и нет в ней ничего принципиально иного. Всякий макроскопический предмет состоит из элементарных частиц материи, образующих те и иные структуры самопроизвольно. Аналогичны атомы, молекулы и иные образования в микромире. И вряд ли возможно глубоко понять явления природы, не имея представления о простейших системах такого рода и принципах их самоорганизации.
Однако такие системы не есть предмет современной физики – науки о природе. Сегодня они изучаются технической наукой о системах автоматического управления и регулирования (САУ) как один из видов этих систем и как объект технический. С этой наукой в той или иной мере знакомы инженеры всего множества профессий, имеющих дело с обратными связями. Абстрактных САУ не существует, обычно они строятся как объект комплексный, из устройств механических, электрических, пневматических, электронных и т.д. Микромир, представленный в виде самоорганизующихся электромагнитных систем, становится объектом множества технических профессий и наук, что позволяет инженеру понимать микромир как объект его профессии, минуя «заумные» теории современной физики и не меняя того образа мыслей.
Фундаментальной основой технических наук, профессий, массовых технологий и образования служат теории, разработанные классической научной школой физики. Физики в те прежние времена мало отличались от инженеров-практиков, имели такой же образ мыслей, частью служили инженерами. Они разрабатывали фундаментальные теории в той же общепонятной системе понятий (парадигме), свойственной инженерному мышлению, и ставили целью передачу добытых ими новых знаний всему обществу, чем послужили массовому техническому творчеству. И только массовое творчество сотен тысяч людей различных профессий породило тот небывалый технический прогресс, который начался в середине 19-го века и продолжается.
Колебательные реакции, как в физике, так и в химии также являются примером самоорганизации систем. Целью моего реферата является рассмотрение колебательных реакций как наглядного примера самоорганизации систем.
В процессе подготовки реферата использовалась современная научная литература по физике и химии, учебные материалы по химии, предназначенные для подготовки студентов специализированных ВУЗов, а также свежие журналы по самоорганизации систем.
1. Самоорганизация колебаний в атомах и молекулах.
В природе малые группы атомов, связанные, например, в молекулы, энергетически устойчивы, их энергия не иссякает. Не излучают отдельные ионы и атомы во всех своих устойчивых состояниях, хотя содержат движущиеся заряды, которые излучают. И ученые не могут заявлять по примеру современной физики, что якобы электроны или иные частицы микромира, имея заряд и двигаясь с ускорением, не излучают - вопреки классической теории. В парадигме самоорганизации это недопустимо. Сама же эта теория даёт другое решение: все такие системы состоят из элементов излучающих. Не излучают лишь системы в целом, значит сумма излучений элементов за пределами системы равна нулю или близка к нулю - по тем же уже рассмотренным нами причинам. А это значит, что элементы микромира, из которых состоит атом, ион или молекула, - это сложные колебательные системы с большим числом степеней свободы колебаний, с большим разнообразием колебательно-волновых мод, и этого разнообразия достаточно для самоорганизации систем энергетически устойчивых, слабо излучающих за свои пределы или вовсе не излучающих.
Здесь всё можно объяснять физикой классической. Она не ограничивала колебательные свойства элементов микромира. Напротив, в ее системе понятий предметы микро- и макромира отличаются лишь количественно, но не принципиально. Поэтому следует привлекать к микромиру все те колебательные свойства, которые свойственны предметами макромира.
Природа не создаёт простых одномерных колебательных систем, подобных контуру из катушки и конденсатора. Ее предметы конструктивно более просты, как, например, капля воды. Но капля способна к разнообразнейшим колебаниям вокруг своей устойчивой формы, хотя они и быстро затухают. В микромире нет внутренних потерь энергии, которые гасили бы колебания в элементарных каплях материи. Капля материи, становясь частицей микромира, тоже приобретает какую-то устойчивую форму, какое-то устойчивое состояние, колебания вокруг которого неизбежны и обычны, как колебания воды. Но в микромире они не могут затухнуть, не излучив свою энергию. А значит они, как и всякие излучающие процессы, способны к приёму энергии излучений и могут поддерживаться внешними излучениями. Капля при этом становится осциллятором и приобретает способность быть элементом самоорганизующейся системы со всеми выше найденными свойствами.
Капля ферромагнитной жидкости без внутренних потерь энергии, попавшая в электромагнитное поле, стала бы электромеханической колебательной системой, поскольку все ее внутренние деформации и волны на поверхности связаны с пересечением жидкостью силовых линий поля, что порождает новые динамические поля и излучения. Так капля материи становится объёмным электромеханическим резонатором – сложнейшей колебательной системой с гигантским разнообразием резонансных частот – «обертонов», и множеством колебательных мод на каждой из этих частот, кроме самых нижних. Составить для себя представление о том, каково разнообразие возможных электромагнитных колебаний в резонаторе, можно, например, на основании литературы по технической электродинамике или разделов о колебаниях замкнутых объёмов в справочниках по математике, обратив особое внимание на резонансы с высокими номерами. Не нужно их изучать, а просто необходимо посмотреть на номера резонансов и на рисунки, если они есть. Электромеханические резонансы в объёмных телах еще более разнообразны, это всяческие стоячие продольные и поперечные электромеханические волны, скорости которых близки к скорости звука, т.е. волны замедленные в сравнении со светом на многие порядки.
Некоторое представление о классическом атоме могла бы дать, например, система, в которой на месте ядра находится электромеханическая капля, вокруг которой движутся заряды. Вокруг капли бегут, сопровождая каждый заряд, сильно замедленные волны, приходящие из объёма капли и уходящие туда же, отражаясь от поверхности. Таков один из видов (из мод) объёмного электромагнитного и электромеханического резонансов. Фронты таких волн внутри капли имеют форму спиралей, приходящих к поверхности с одинаковой скоростью, но под разными углами, потому порождают поверхностные волны с разными угловыми скоростями. Профиль волны может иметь произвольную форму. Поверхностные волны вокруг подобных резонаторов всегда имеют дискретные ряды частот и угловых скоростей, чем и будет определяться дискретный ряд устойчивых «электронных» орбит. А излучение бегущей по кругу волны произвольной формы способно полностью погасить излучение заряда при любых его периодических движениях, как угодно сложных, когда волна формируется как результат той самой конкуренции колебательно-волновых мод.
Бегущий вокруг ядра электрон создаёт излучение, которое становится источником энергии для тех колебательных мод в ядре, которые способны его ослабить и отобрать в себя часть энергии излучения или всю энергию. Для того, чтобы атом не излучал и оставался энергетически устойчивым во всем дискретном множестве состояний и уровней энергии, нужно всего лишь достаточное число колебательных мод в его ядре. Электрон при этом движется в потенциальной яме и вместе с ней, потому внешние воздействия на него с вероятностью 5/6 пополняют энергию системы в случае ее недостатка. Целенаправленный отбор энергии приводит, как было сказано выше, к перестройке движений и колебаний, направленной на сохранение энергии.
Для научного построения таких моделей атомов нужно, наверное, быть математиком, но для их первичного понимания достаточно технических знаний в области объёмных резонаторов и теории поля. Правда, большинству инженеров такие знания в работе не нужны и потому соответствующие разделы теории мало известны. Но здесь тоже не нужно математически доказывать устойчивость классического атома, нужно лишь обосновать представления о микромире как состоящем из элементов, способных становиться разнообразными осцилляторами, элементарными природными автоматами, и образовывать стабильные самоорганизующиеся системы, аналогичные реально существующим в микромире. Буду полагать, что теперь они достаточно обоснованы в рамках классической теории, поскольку объясняют некоторое множество фактов, которые без такого представления не объясняются, и не противоречат при этом ни самой этой теории, ни каким-либо фактам или экспериментам.