Порядок и беспорядок в природе. Синергетика

В термодинамике закон сохранения энергии это первый закон (см.2.21). Сообщение системе количества теплоты Q приводит ее к неравновесному состоянию. Система стремится к равновесию (тепло от нагретого тела передается к менее нагретым телам – температура тел выравнивается). Самопроизвольный переход системы из неравновесного состояния к равновесному является необратимым. При этом энтропия замкнутой системы возрастает (второй закон термодинамики ΔS≥0). Так как все реальные процессы необратимы, то они в замкнутой системе ведут к увеличению энтропии – принцип возрастания энтропии. Это означает возрастание числа микросостояний, что справедливо для систем, состоящих из большого числа частиц. При малом числе частиц возможно нарушение этого положения. Так если в одной из камер находится газ, то при соединении ее с другой пустой камерой число частиц в камерах выравнивается. Если же в первой камере находилось, к примеру, всего две молекулы, то есть большая вероятность, что обе они перейдут в другую камеру (неравновесное состояние). Таким образом, процессы в замкнутой системе идут в направлении увеличения числа микросостояний, от менее вероятных состояний к более вероятным пока вероятность состояния не станет максимальной.

Во второй половине XX столетия появилась наука – синергетика – теория самоорганизации сложных систем из простых. Система, находящаяся в состоянии хаоса, динамична. Поэтому вполне логично, что при динамическом поведении частиц системы локально рождаются упорядоченные структуры. Синергетика, как правило, имеет дело с открытыми системами в неравновесных состояниях. В равновесных системах самоорганизация прекращается. Физические приложения синергетики распределились между различными направлениями:

· теория динамического хаоса исследует сверхсложную упорядоченность, напр. явление турбулентности;

· теория детерминированного хаоса исследует хаотические явления, возникающие в результате детерминированных процессов (в отсутствие случайных шумов).

• теория фракталов занимается изучением сложных самоподобных структур, часто возникающих в результате самоорганизации. Сам процесс самоорганизации также может быть фрактальным.

В неравновесных системах вследствие их динамической изменчивости возможно образование относительно устойчивых новых упорядоченных структур. Это происходит под воздействием бифуркационных колебательных процессов. Эти процессы могут привести к образованию структур (их называют аттракторами - притягивающими), которые становятся доминирующими.

Область исследований синергетики чётко не определена и вряд ли может быть ограничена, так как её интересы распространяются на все отрасли естествознания. Общим признаком является рассмотрение динамики любых необратимых процессов и возникновения принципиальных новаций. Математический аппарат синергетики скомбинирован из разных отраслей теоретической физики: нелинейной неравновесной термодинамики, теории катастроф, теории групп, тензорного анализа, дифференциальной топологии, неравновесной статистической физики.

Синергетика, объясняет эволюцию в природе, переход от хаоса к порядку. Это возможно в открытых системах за счет поглощения энергии извне. Зарождается новое, непредвиденное.