Концепции современного естествознания 2 4 (стр. 11 из 15)
Реакция работает как часы. Закручивается против часовой стрелки, попеременно меняя цвет.
Окисление пропана и бутана – причина стука в моторе, так как окисление происходит в «режиме» автоколебаний. В целом в природе очень много ритмичных процессов.
Тема № 12. Внутреннее строение и история геологического развития земли
Классическая термодинамика занималась только консервативными (изолированными) системами. В таких системах при самопроизвольных процессах энтропия увеличивается до тех пор, пока не достигнет максимального значения в состоянии равновесия.
Неравновесная термодинамика, сформированная в середине XX века учеными: Пригожин и Хакен. Аппарат классической термодинамики – линейные уравнения, дающие всего одно решение. Аппарат неравновесной термодинамики – это нелинейные уравнения, которые дают несколько альтернативных решений, потому что неравновесная термодинамика описывает реальные процессы в природе, живых организмах, социальном обществе. Открытые системы стремятся к большей организованности, так как энтропия у них не увеличивается. Чем больше информации поступает в систему, тем система более организована, и тем меньше её энтропия.
(Шеннон)Информация – это мера организованности системы. Фотокатод ЭЛТ (Электронно-Лучевой Трубки) телевизора содержит примерно 106 микрофотоэлементов – это число микросостояний. Белый шум – помехи на экране при отсутствии сигнала из телецентра – это увеличение хаотического теплового движения элементов, и энтропия максимальна, это состояние хаоса. При поступлении сигнала (информации) энтропия резко уменьшается, а информация увеличивается.
Кибернетика (Роберт Винер) – связана с управлением открытыми системами, но только теми, у которых есть обратная связь. Положительная обратная связь – поведение системы усиливает внешние воздействия (например, лавина). Отрицательная связь – это поведение системы, при котором внешние воздействия ослабляются. Такая связь стабилизирует процессы в системе (холодильник, термостат и все современные информационные устройства). Гомеостатическая связь – когда внешнее воздействие сводится системой к нулю (Гомеостаз – поддержание постоянной температуры тела).
Роберт Винер в 50-60-х гг. определил кибернетику как науку об управлении связей в машинах и биологических системах. Поведение открытых систем с обратной связью описывается как организованное целенаправленное поведение, которое приводит к уменьшению энтропии. К 60-м годам выяснилось, что для реальных систем мало учитывать эффективное управление системой, а нужно учитывать самоорганизацию системы, то есть, необходимо было найти связь между эффективным управлением системой и спецификой развития реальной системы.
В основном рассматриваются биологические и социальные системы. Теорию самоорганизации разработали на основе неравновесной термодинамики Пригожин и Хакен. Самоорганизация – это коллективное взаимодействие частиц в открытой системе, которое в дальнейшем может привести к возникновению нового порядка в расположении этих частиц в системе. Самоорганизация наблюдается в открытых реальных системах с большим коллективом частиц (эволюция вселенной, деление клеток, функционирование мозга, образование речи и языков, формирование общественного мнения, естественный отбор). Система является самоорганизующейся, если:
1. Это большой коллектив частиц.
2. Система является открытой.
3. Она находится далеко от точки равновесия, следовательно, энтропия системы не является максимальной.
Синергетика – наука, изучающая самоорганизующиеся системы (Пригожин, Хакен). Объект изучения – открытые реальные системы. Она изучает механизм образования, развития и разрушения самоорганизующихся систем. Этот механизм связан с коллективными явлениями, которые способствуют развитию системы. В системе устанавливается новый порядок.
Такой порядок самоорганизации наблюдается у всех открытых самоорганизующихся систем. Новый порядок связан с появлением и накоплением флуктуаций в системе. В дальнейшем они нарастают и способствуют появлению хаоса в системе. Флуктуации ведут к возрастанию энтропии. Новый порядок всегда восстанавливается через хаос. Флуктуации расшатывают систему, она становится неустойчивой, и любое незначительное воздействие толкнет ее к саморазрушению, а дальше – к выбору пути. Любая революция есть выбор пути социальной системы. Система приходит к так называемой точки бифуркации (выбора), где существует несколько альтернатив дальнейшего развития.
Бифуркация – выбор системой дальнейшего пути развития из нескольких альтернативных решений. Такой выбор может пойти и в сторону хаоса и в сторону организации. После выбора нового порядка система приходит в устойчивое состояние, которое называется аттрактор.
Классическая равновесная термодинамика даёт обратимость во времени, даёт единственный путь развития замкнутой системы: система приходит в равновесие. Неравновесная термодинамика даёт несколько нелинейных уравнений, которые приводят к нескольким решениям. В неравновесной термодинамике случайность и вероятность становятся объективными свойствами системы.
Синергетика даёт новый образ развития мира: мир открытый, он развивается по нелинейным законам, поэтому в таких системах могут быть самые неожиданные, непредсказуемые повороты системы, связанные с дальнейшим выбором ее развития.
Вселенная является самоорганизующейся системой и развивается по законам синергетики:
1. Она – сложная система, состоящая из большого коллектива частиц.
2. Все время происходит эволюция системы, то есть, в ней образуются и распадаются крупномасштабные структуры. Это говорит о том, что вселенная находится далеко от равновесия.
Концепции космологии.
Космология – это наука о свойствах и эволюции вселенной.
Вселенная – это совокупность всех форм материи и наблюдаемых явлений.
Метагалактика – это часть Вселенной, которая доступна нашим наблюдениям. Расширение границ идёт за счет усовершенствования приборов. Сужающая часть – это время прихода света от отдалённых частей.
Галактика (Туманность) – это скопление звезд и планет. Есть гигантские галактики, включающие 1013-1015 звезд.
Поведение и свойства объектов вселенной описывается одинаковыми и не изменяющимися во времени физическими законами:
1. Закон сохранения энергии (ЗСЭ).
2. Закон всемирного тяготения.
3. Закон сохранения импульса, закон сохранения момента импульса.
А. Фридман (1868-1925) разработал модели на основании теории Эйнштейна, который считал, что вселенная стационарна во времени, предположил, что вселенная может или расширяться (в Римановском пространстве), или сужаться (сжиматься), или пульсировать. Он сам склонялся к модели расширения. В 1917 году Слайфер обнаружил красное смещение спектра, установив спектрограф на телескоп. Еще в середине XIX века Доплер обосновал смещение спектра в длинноволновые области при удалении от объекта. В 1929 году Э. Хаббл заинтересовался красным смещением Слайфера и обнаружил, что все объекты удаляются.
Закон Хаббла: Красное смещение спектральных линий галактик в сторону длинных волн тем больше, чем дальше от нас находятся галактики.
V=HR, где V – скорость галактики, H – постоянная Хаббла, R – расстояние до галактики. H=
, лежит в пределах от 50 до 100, обычно около 75.1 Пк (парсек) = 3,26 светового года=3,08·1016 м.
H=
, где ф – время жизни Вселенной. ф=13 млрд. лет.На основании этой модели Гамов в 30-40-ее гг. разработал теорию Большого Взрыва на основании теории Хаббла. Должен быть эпицентр, или момент взрыва. Это случилось 13-15 млрд. лет назад. Вселенная находилась в сверхплотном и сверхгорячем состоянии:
с=1019 г/см3
Т=1032 К.
По этой модели выделены четыре эры развития вселенной:
1. Адронная (ф=10-4 с)
2. Лептонная (ф=0,2 с)
3. Фотонная (ф=1 млн. лет)
4. Звездная (пока не закончилась)
1. Эта эра образования тяжелых частиц (барионов, или адронов) из кварков. Вселенная состояла из барионов и антибарионов, происходили реакции аннигиляции. Потом стали распадаться на нейтроны и протоны (их больше). Эти протоны существуют до сих пор, положительный барионный заряд – тоже.
2. Лептонная – эра лёгких частиц (электронов, фотонов, позитронов).
Реликтовое нейтрино (н) образовали в эту эру, но обнаружить их пока не удалось. В конце лептонной эры протонов и нейтронов стало примерно одинаковое количество.
3. Фотонная эра, или эра излучения.
Энергия фотонов уменьшается по сравнению с первыми двумя эрами, длина волны увеличиваются, и они переходят в рентгеновское и ультрафиолетовое излучение. В фотонную эру вещество отделяется от антивещества, и фотоны отделились от вещества в виде различных электромагнитных излучений (ЭМИ) – рентгеновского, ультрафиолетового (УФ), светового, инфракрасного… Вселенная становится прозрачной для излучения, появляется свет. В этой же эре произошел первичный нуклеосинтез. Начинают образовываться ядра:
Реликтовое фотонное излучение, которое отделилось от вещества, было обнаружено в 1964-м году Вильсоном и ??????????. Температура этого излучения равна средней температуре космоса 2,7К, длина волны составляет порядка 1 мм. Сильное фотонное излучение, которое до сих пор находится в космосе. К концу фотонной эры гамма-фотонов стало в 1 млрд. раз больше, чем протонов и нейтронов вместе взятых. До сих пор сохраняется это соотношение. Называется безразмерной энтропией:
