Текст:Николай Кириленко:Концепция неравновесности (нелинейности)

Неравновесность – состояние открытой системы, при котором происходит изменение ее макроскопических параметров, то есть ее состава, структуры и поведения.

Автор: Николай Яковлевич Кириленко

Введение[править | править код]

Процессы, протекающие в различных явлениях природы, следует разделять на два класса:

- к первому классу относятся процессы, протекающие в замкнутых системах. Они развиваются в направлении возрастания энтропии и приводят к установлению равновесного состояния в системах;

- ко второму классу относятся процессы, проистекающие в открытых системах. В соответствующие моменты – моменты неустойчивости – в них могут возникать малые возмущения, флуктуации, способные разрастаться в макроструктуры. Таким образом, хаос и случайности в них могут выступать в качестве активного начала, приводящего к развитию новых самоорганизаций.

В новой неравновесной (нелинейной) термодинамике (в отличие от классической термодинамики) место закрытой, изолированной системы заняло принципиально иное фундаментальное понятие открытой системы, которая способна обмениваться с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Как отмечает И. Пригожин: «Переход от термостатики равновесных состояний к термодинамике неравновесных процессов, несомненно, знаменует прогресс в развитии ряда областей науки».

Концепция неравновесности (нелинейности)[править | править код]

Современная наука объясняет процесс самоорганизации систем следующим образом [1-4]:

1. Для этого система должна быть открытой, потому что закрытая, изолированная система в соответствии со вторым законом термодинамики, в конечном итоге, должна прийти в состояние, характеризуемое максимальным беспорядком или энтропией.

2. Открытая система должна находиться достаточно далеко от точки термодинамического равновесия. Если система находится в точке равновесия, то она обладает максимальной энтропией и потому неспособна к какой-либо организации; в этом положении достигается максимум ее самодезорганизации. Если же система расположена вблизи или недалеко от точки равновесия, то со временем приблизится к ней и, в конце концов, придет в состояние полной дезорганизации.

3. Если упорядочивающим принципом для изолированных систем является эволюция в сторону увеличения их энтропии или усиления их беспорядка, то фундаментальным принципом самоорганизации служит, напротив, возникновение и усиление порядка через флуктуации. Такие флуктуации, или случайные отклонения системы от некоторого среднего положения, в самом начале подавляются и ликвидируются системой.

Однако в открытых системах, благодаря усилению неравновесности эти отклонения со временем возрастают и, в конце концов, приводят к «расшатыванию» прежнего порядка и возникновению нового порядка. Этот процесс обычно характеризуют как принцип образования порядка через флуктуации. Поскольку флуктуации носят случайный характер (с них начинается возникновение нового порядка и структуры), то становится ясным, что появление нового в мире всегда связано с действием случайных факторов.

В точке бифуркации (переломной точке) случайность подталкивает то, что остается от системы, на новый путь развития, а после того, как один из многих возможных вариантов выбран, вновь вступает в силу детерминизм – и так до следующей точки бифуркации. В судьбе системы случайность и необходимость взаимно дополняют друг друга.

4. В отличие от принципа отрицательной обратной связи, на котором основывается управление и сохранение динамического равновесия систем, возникновение самоорганизации опирается на диаметрально, противоположный принцип – положительную обратную связь. Согласно принципу положительной обратной связи изменения, появляющиеся в системе, не устраняются, а напротив, накапливаются и усиливаются, что и приводит, в конце концов, к возникновению нового порядка и структуры.

Главенствующую роль в окружающем мире играют не порядок, стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравномерность, т.е. все системы флуктуируют.

5. Процессы самоорганизации, как и переходы от одних структур к другим, сопровождаются нарушением симметрии. При описании необратимых процессов приходится отказаться от симметрии времени, характерной для обратимых процессов в механике.

Процессы самоорганизации, связанные с необратимыми изменениями, приводят к разрушению старых и возникновению новых структур.

6. Самоорганизация может начаться лишь в системах, обладающих достаточным количеством взаимодействующих между собой элементов и, следовательно, имеющих некоторые критические размеры.

7. Новые структуры называются диссипативными, потому что для их поддержания требуется больше энергии, чем для поддержания более простых структур, на смену которым они приходят.

Энтропия – не просто безостановочное соскальзывание системы к состоянию, лишенному какой бы то ни было организации, а при определенных условиях, становится прародительницей порядка.

8. Чем выше происходит подъем по эволюционной лестнице развития систем, тем более сложными и многочисленными оказываются факторы, которые играют роль в самоорганизации.