на тему: Самоорганизация как источник и основа в различных видах эволюции.

РЕФЕРАТ

по курсу «Концепции современного естествознания»

на тему: Самоорганизация как источник и основа в различных видах эволюции.

Выполнил: студент 1 курса, очной

формы обучения, группы СДП-16

Ашина Анна Андреевна

Научный руководитель: к.п.н., доцент

Каткова Ольга Владимировна

Н. Новгород

 

 

Содержание

 

 

Введение…………………………………………………………….3

 

1.Формирование идей самоорганизации………………………….4

 

2.Характеристики процесса самоорганизации…………………...7

2.1.Гомеостаз………………………………………………………..7

2.2.Обратная связь………………………………………………….8

2.3.Информация…………………………………………………….9

 

3.Самоорганизация как основа эволюции………………………...9

 

4. Самоорганизация в диссипативных структурах……………...10

 

5. Самоорганизация материи на Земле…………………………...11

 

Заключение…………………………………………………………15

 

Список литературы………………………………………………...16

 

 

Введение

Целью данного реферата является анализ процесса самоорганизации как основы эволюции и познания различных систем.

Задачи:

1. Провести анализ литературы по данной тематике.

2. Рассмотреть процесс самоорганизации.

3. Проанализировать самоорганизацию как основу эволюции и познания различных систем.

Актуальность данной тематики обусловлена тем, что вопрос самоорганизации материальных систем в XX веке становится одной из основных проблем науки. Наш мир, всё, что доступно в нём наблюдению, претерпевают непрерывные изменения - мы наблюдаем его постоянную эволюцию. Все подобные изменения происходят из-за сил внутреннего взаимодействия. Согласно принципу Бора, существующим мы имеем право считать лишь то, что наблюдаемо или может им быть. Следовательно, сил,подобных этим, не существует. Таким образом, всё, что происходит вокруг нас, можем считать процессом самоорганизации, то есть процессом, который происходит за счёт внутренних стимулов, не требующих вмешательства внешних факторов, которые не принадлежат системе.

Итак, весь процесс эволюции системы - процесс самоорганизации. Мир постоянно меняется. Мы не можем утверждать, что процесс самooрганизации направлен на достижение состояния равновесия (которым является абсолютный хаос), у нас нет для этого опытных оснований, гораздо больше

 

данных для утверждения того, что мир непрерывно развивается, и в этом видится определённая направленность, которая отличается от стремления к равновесию.

Процессы самоорганизации следуют определённым правилам и законам. Это утверждение - некое эмпирическое обобщение, вопрос о происхождении этих правил лежит вне рационализма, как и вопрос о рождении Вселенной.

К числу таких законов относятся, для начала, законы сохранения и 2-е начало термодинамики (да и другие законы тоже). Таким образом, среди мыслимо допустимых процессов в неживой природе существуют (наблюдаемы, или доступны наблюдению) лишь отдельные классы движений, подчиняющиеся определённым правилам. Такие же правила существуют в природе и обществе. Их называют принципами отбора. Другими словами, принципы отбора - это те же самые законы физики, химии, биологии, законы общественного развития, которые из всех возможных движений “выбирают ” те, которые мы и наблюдаем.

Итак, Вселенная - непрерывно эволюционирующий объект (как и любые его составляющие). Но внутренние стимулы и возможности развития Вселенной, определяющие процессы самоорганизации, ограничены реальными рамками, берегами допустимых эволюционных каналов.

 

1. Формирование идей самоорганизации

Ранние подходы к изучению самоорганизации в отдельных науках ясно обозначились еще в XVIII в. Oни связаны прежде всего с деятельностью основоположника классической политической экономии Адама Смита (1723-- 1790), который в своем главном труде "Исследование о природе и причинах

богатства народов" ясно выразил идею о тoм, чтo спонтанный порядок на рынке является результатом взаимодействия различных, часто противоположных стремлений, целей и интересов многочисленных его участников. Именно такое взаимодействие приводит к установлению того никем не предусмотренного и незапланированного порядка на рынке, который выражается в равновесии спроса и предложения. Эту главную свою мысль А. Смит выразил в форме метафоры "невидимой руки", которая регулирует цены на рынке.[3,стр. 230]

Нужно обратить внимание на тo, чтo идеи самоорганизации, самосовершенствования и улучшения деятельности социальных систем и общественных учреждений упомянутые ученые связывают с эволюционными процессами, которые происходят в жизнедеятельности людей. Конечно, чаще всего идеи самоорганизации и эволюции не были четко выражены, они больше были результатом интуитивного прозрения, чем строгого научного исследования. Тем не менее, oт этого их ценность не уменьшается, ибо они подготовили почву для последующих исследований процессов самоорганизации и эволюции.

Теория эволюции Чарльза Дарвина стала сильным толчком для начала исследования механизмов развития различных природных и социальных систем. Если физические и химические методы исследования многое дали для анализа структуры и функционирования живых систем, то эволюционная концепция биологии заставила физиков и химиков по-новому взглянуть на объекты своих исследований и природу в целом. Они вынуждены были принять то глубокое противоречие, которое было среди их взглядов и достоверных фактов и теоретически обоснованных утверждений дарвиновской эволюционной теории. Формирование идей самоорганизации в физике было продиктовано стремлением преодолеть указанное

противоречие, которое свидетельствовало о том, что отдельные ее основополагающие понятия и принципы имеют слишком идеализированный характер и неправильно показывают исследуемую реальность.

Резкое противоречие между биологической и физической эволюцией удалось разрешить только после того, когда физика обратилась к понятию открытой системы, т. е. системы, которая производит обмен с окружающей средой веществом, энергией и информацией. При определенных условиях в открытых системах могут возникнуть процессы самоорганизации в результате получения новой энергии и вещества извне и диссипации, или рассеяния, использованной в системе энергии. Из этого следует, что ключ к пониманию процессов самоорганизации содержится в исследовании процессов взаимодействия системы с окружающей средой.[1,стр.500]

Знаменитый теоретик самоорганизации И.Р. Пригожий пришел к своим идеям из анализа специфических химических реакций, которые ведут к образованию определенных пространственных структур с течением времени при изменении концентрации веществ реагирующих друг с другом. Вместе со своими коллегами он создал математическую модель таких реакций, которые впервые экспериментально были изучены нашими русскими учеными Б. Белоусовым и А. Жаботинским. Однако в отличие от самоорганизации открытых физических систем в указанных химических реакциях важную роль играют каталитические процессы.

Роль этих процессов усиливается по мере усложнения состава и структуры химических систем. На этом основании некоторые ученые, например А.П. Руденко, напрямую связывают химическую эволюцию самоорганизацией и саморазвитием каталитических систем. Другими

 

словами, такая эволюция если не целиком, то в значительной мере связана с процессами самоорганизации каталитических систем.[3,стр 188]

2. Характеристики процесса самоорганизации

Можно выделить три основные характеристики процесса самоорганизации:

• гомеостаз,

• обратная связь,

• информация.

2.1. Гомеостаз

Слово «гомеостаз» произошло от двух греческих слов: homois - подобный, одинаковый, сходный и stasis - неподвижность, состояние. Это относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма. Понятие «гомеостаз» применяют к биоценозам (сохранение постоянства видового состава и числа особей), в генетике, кибернетике. Таким образом, гомеостаз - это стремление живой системы сохранить стабильность своей организации, рода, популяции.

Гомеостаз свойственен любому существу, который обитает в любой живой системе. Стремление к гомеостазу - мощнейший фактор эволюции, открывает прямое влияние на интенсивность естественного отбора.

Разрушение организации живой системы – её гибель. Живое всегда стремится сохранить свою стабильность - это факт эмпирический. Но стремление к гомеостазу должно возмещаться другими тенденциями, так как устойчивость, доведенная до предела, прекращает свое развитие.

2.2. Обратная связь

Механизм обратной связи - это реакция системы на внешнее воздействие. Более точно можно сказать, что механизм обратной связи - это механизм, определяющий изменение состояния, являющийся реакцией на внешнее воздействие и определяющийся этой реакцией.

Существуют отрицательные обратные связи, которые поддерживают гомеостаз, т.е. компенсируют внешнее воздействие, и положительные обратные связи, которые ухудшают равновесие системы.

Стремление к гомеостазу формирует механизмы не только отрицательных, но и положительных обратных связей, так как она возмещается тенденцией разнообразия. Одна из таких тенденций порождается принципом минимума рассеяния энергии. Это является таким же эмпирическим обобщением, как и принцип сохранения гомеостаза.

Также живым системам свойственен метаболизм, т.е. обмен веществ, без которого они существовать не могут. Одной из ведущей тенденций развития живых систем является стремление в наибольшей степени использовать энергию внешней среды. Это тоже является эмпирическим фактом: так же, как и стремление сохранить гомеостаз, живому свойственно стремление так изменить систему, направить эволюционный процесс в такую сторону, чтобы увеличить способность системы усваивать внешнюю энергию и вещество.

Стало быть, одной из особенностей любого из важнейших эволюционных процессов, протекающих в живом мире, является противоречие между тенденциями к стабильности, т.е. сохранению гомеостаза, и укреплению отрицательных обратных связей, и тенденциями к поиску более рациональных способов использования внешней энергии и вещества, т.е.

укреплению положительных обратных связей. Способы решения этих противоречий могут быть разными, и это обстоятельство отвечает за самые разнообразные организационные формы материального мира.

Распространена теория двойственной обратной связи, согласно которой обратная связь в природных системах представлена в двух формах: информационной и неинформационной. Считается, что неинформационный тип распространен в неживой природе, а информационный появляется, начиная с органического уровня материи. Организация систем в живом мире пробуждает совершенно иной, новый тип механизмов развития,неизвестный в неживой природе, содержащий механизмы обратной связи. Это и есть та главная особенность, которая отличает живое от неживого.

2.3. Информация

Информация - это отраженная структура, воспроизводящая структуру оригинала. Растительный мир, животный мир, мыслящий человек и человеческое общество - это огромная иерархия систем с информационной самоорганизацией.

3. Самоорганизация как основа эволюции

Несмотря на то, что идеи эволюции, начиная от космогонической гипотезы Канта - Лапласа и кончая эволюционной теорией Дарвина, получили широкое признание в науке, тем не менее, они формулировались скорее в интуитивных, чем теоретических терминах. Поэтому в них трудно было выявить тот общий механизм, посредством которого осуществляется эволюция.Главным препятствием здесь служило резкое противопоставление живых систем неживым, общественных-природным. В основе такого

противопоставления лежали слишком абстрактные, а потому неадекватные понятия и принципы классической термодинамики об изолированных и равновесных системах. Именно поэтому эволюция физических систем связывалась с их дезорганизацией, что противоречило общепринятым в биологических и социальных науках представлениям об эволюции.

Чтобы разрешить возникшее глубокое противоречие между классической термодинамической эволюцией, с одной стороны, и эволюцией биологической и социальной, с другой, -- физики вынуждены были отказаться от упрощенных понятии и схем и вместо них ввести понятия об открытых системах и необратимых процессах. Благодаря этому оказалось возможным развить новую нелинейную и неравновесную термодинамику необратимых процессов, которая стала основой современной концепции самоорганизации.

4. Самоорганизация в диссипативных структурах

Многочисленные примеры самоорганизации в гидродинамических, тепловых и других физических системах. Но в силу доминировавших в науке своего времени взглядов они вовсе не замечали их или старались объяснить с помощью существовавших тогда понятий и принципов.

Так в науке XVII -- первой половины XIX вв. господствовала механистическая парадигма, как в ней все процессы пытались объяснить путем приведения их к законам механического движения материальных частиц. Задумывалось, что эти частицы могут двигаться, не взаимодействуя друг с другом, а самое главное - их положение и скорость движения будут точно и однозначно определенными в любой момент во всем временах(прошлом, настоящем и будущем), если заданы их начальное положение и скорость. Следовательно, в таком механическом описании

время не играет никакой роли и поэтому его знак можно менять на обратный. Вследствие этого подобные процессы стали называть обратимыми. В некоторых случаях, когда речь идет о немногих и относительно изолированных друг от друга телах и системах, такой абстрактный подход может оказаться целесообразным и полезным. Однако в большинстве реальных случаев приходится учитывать изменение систем во времени, т. е. иметь дело с необратимыми процессами.

Как уже отмечалось выше, впервые такие процессы стали изучаться в термодинамике, которая начала исследовать принципиально отличные от механических тепловые явления. Тепло передается от нагретого тела к пространству, все эти простейшие явления нельзя описывать без учета фактора времени. На такой феноменологической основе были сформулированы исходные начала или законы классической термодинамики, среди которых важнейшую роль играет закон энтропии. Понятие энтропии характеризует ту часть полной энергии системы, которая не может быть использована для производства работы. Поэтому в отличие от свободной энергии она представляет собой деградированную, отработанную энергию. Если обозначить свободную энергию через F, энтропию -- S, то полная энергия системы Е будет равна:

E=F+ST,

где Т -- абсолютная температура по Кельвину.

Согласно второму закону термодинамики, энтропия в замкнутой системе постоянно возрастает и в конечном счете стремится к своему максимальному значению. Следовательно, по степени возрастания энтропии можно судить об эволюции замкнутой системы, а тем самым и о времени ее изменения. Так

впервые в физическую науку были введены понятия времени и эволюции, связанные с изменением систем. Но понятие эволюции в классической термодинамике, как мы уже отмечали выше, рассматривается совсем иначе, чем в общепринятом смысле. Это стало вполне очевидным после того, когда немецкий ученый Л. Больцман (1844-1906) стал интерпретировать энтропию как меру беспорядка в системе. Таким образом, второй закон можно было теперь сформулировать так: замкнутая система, предоставленная самой себе, стремится к достижению наиболее вероятного состояния, заключающегося в ее максимальной дезорганизации.[1,стр.500]

Между тем классическая термодинамика именно на них как раз и опиралась и поэтому рассматривала, например, частично открытые системы или находящиеся вблизи от точки термодинамического равновесия как вырожденные случаи изолированных равновесных систем. Очевидно, что для объяснения процессов самоорганизации необходимо было ввести новые понятия и принципы, которые бы адекватно описывали реальные процессы самоорганизации, происходящие в природе и обществе.

Наиболее фундаментальным из них, как мы уже знаем, является понятие открытой системы, которая способна обмениваться с окружающей средой веществом, энергией или информацией. Поскольку между веществом и энергией существует взаимосвязь, т.е. можно сказать, что система в ходе своей эволюции производит энтропию, которая, однако, не накапливается в ней, а удаляется и рассеивается в окружающей среде. Вместо нее из среды поступает свежая энергия и именно вследствие такого непрерывного обмена энтропия системы может не возрастать, а оставаться неизменной или даже уменьшаться. Отсюда становится ясным, что открытая система не может быть равновесной, потому ее функционирование требует непрерывного

поступления энергии и вещества из внешней среды, вследствие чего неравновесие в системе усиливается.

В конечном итоге прежняя взаимосвязь между элементами системы, т. е. ее прежняя структура, разрушается. Между элементами системы возникают новые когерентные, или согласованные, отношения, которые приводят к кооперативным процессам и к коллективному поведению ее элементов. Так схематически могут быть описаны процессы самоорганизации в открытых системах, которые связаны с диссипацией, или рассеянием, энтропии в окружающую среду.

5.Самоорганизация материи на Земле

Земля возникла 4,6 млрд лет назад, а жизнь на ней - около 3-3,5 млрд лет назад. Можно предположить, что на Земле самоорганизация материи происходила в специфических условиях: восстановленная атмосфера, перепады температур, солнечная радиация, атмосферное электричество, вулканическая деятельность, которые послужили основанием для дальнейшего органического синтеза. Эти условия явились базой для такого сочетания молекул, при котором возникли первичные сахара, аминокислоты, азотистые образования. В процессе дальнейшего развития вероятностный процесс приобрел не только черты селекций, учитывающей преимущества направленных физико-химических процессов, но и выгодность информационных организмов.

Следующая фаза связана с селекцией информационных молекул, контролирующих управление химическими реакциями и самовоспроизведением. Становление подлинно живых систем окончательно завершилось в рамках популяций, видов. В пределах этих форм организации живого окончательно и в полной мере реализовывались основные факторы

эволюции. Изменчивость генотипов, т.е. информационных систем оказалась опосредованной и зависящей от сложных взаимоотношений в биотических сообществах.

Идея о взаимном движении материи, возникновении материального мира или космоса из первоначального хаоса встречается в древнейших учениях Востока. На Западе эта идея ясно прослеживается в архаических мифах и ранней греческой философии.

На идее саморазвития не только живой, но и неживой материи основывается принцип глобального эволюционизма, т.е. развития в глобальных масштабах, в размерах всей Вселенной. В рамках этой идеи и строятся модели развития Метагалактики, в том числе постоянно развивается и дополняется описанная выше теория Большого взрыва.

В прошлом не раз выдвигались модели вселенной, основанные на некоторых уравнениях теории тяготения, общей теории относительности ряде других постулатов.

Эти модели считались достаточными для характеристики всей вселенной. Однако этих моделей недостаточно, все они будут идеализацией, отнюдь не тождественной реальности. Для познания Вселенной необходимо раскрытие

природы гравитации, разработка единой теории материи, синтез космологии и физики микромира, а также много других дисциплин.

 

 

Заключение

Решающим фактором самоорганизации является самообразование петли положительной обратной связи системы и среды. При этом система начинает самоорганизовываться и противостоит тенденции ее разрушения средой. Например, в химии такое явление называют автокатализом. В неорганической химии автокаталитические реакции довольно редки, но, как показали исследования последних десятилетий в области молекулярной биологии, петли положительной обратной связи составляют саму основу жизни. История развития природы - это история образования все более и более сложных систем. Такие системы и обеспечивают всеобщую эволюцию природы не всех уровнях ее организации - от низших и простейших к высшим и сложнейшим (человек, общество, культура)

 

 

Список литературы

1.Гусейханов М.К. Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания [Текст]: учебник / М.К.Гусеханов. - 2-е изд.- М.:Дашков и Ко, 2005. - 692с.

2. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания [Текст] / Т.Я.Дубнищева. - Новосибирск: ЮКЭА,1997. - 832с.

3. Рузавин Г.И. Концепция современного естествознания. Учебник для вузов. - М. Культура и спорт, ЮНИТИ, 2007/ Издатель: Юнити-Дана, 2015.

4. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания [Текст]: учебное пособие / В.М.Найдыш. - М.: Гардарики, 2003. - 476с.

5. Седов Е.Х. Эволюция и информация. -М., 2012.