Головна
Банківська справа  |  БЖД  |  Біографії  |  Біологія  |  Біохімія  |  Ботаніка та с/г  |  Будівництво  |  Військова кафедра  |  Географія  |  Геологія  |  Екологія  |  Економіка  |  Етика  |  Журналістика  |  Історія техніки  |  Історія  |  Комунікації  |  Кулінарія  |  Культурологія  |  Література  |  Маркетинг  |  Математика  |  Медицина  |  Менеджмент  |  Мистецтво  |  Моделювання  |  Музика  |  Наука і техніка  |  Педагогіка  |  Підприємництво  |  Політекономія  |  Промисловість  |  Психологія, педагогіка  |  Психологія  |  Радіоелектроніка  |  Реклама  |  Релігія  |  Різне  |  Сексологія  |  Соціологія  |  Спорт  |  Технологія  |  Транспорт  |  Фізика  |  Філософія  |  Фінанси  |  Фінансові науки  |  Хімія

Діссипатівние структури - Фізика

КЫРГЫЗСКО-РОСІЙСЬКИЙ СЛОВ'ЯНСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ ПРИРОДНО-ТЕХНІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

«Диссипативные структури.»

ВИКОНАВ СТУДЕНТ ГР. ИВТ-1-97

ШИЛОВ ПАВЛО

БИШКЕК 2000

Узгодження поведінки здійснюється завдяки зв'язку між підсистемами. Універсальним механізмом зв'язку підсистем виступає поле - просторово-часова нерівномірність розподілу керуючого параметра. Для досвіду Бенара це буде поле розподілу температурного градієнта, оскільки воно в кожний момент визначає характер руху частинок. Такі структури, що утворюються в нерівновагий області внаслідок притоки негативної ентропії і що характеризуються кооперативною поведінкою підсистем, Прігожін назвав диссипативными (від франц. dissipation - розселення, розтрата). Виклавши обидві концепції, спробуємо співвіднести описані в них феномени.

Відмінності в описах носять передусім методичний характер. Диссипативные структури описані для всіх рівнів структурної організації від субатомного (лазер) до организменного (агрегация у амеб). Етнічна система - явище популяционного рівня. Зрозуміло, що лабораторний експеримент, вживаний на об'єктах низьких рівнів організації, в этногенезе застосований бути не може. Однак методика етнології залишається естественнонаучной, оскільки замість експерименту застосовується метод емпіричного узагальнення перевірених спостережень. В.І.Вернадський вважав, що такий метод дає результати по достовірності аналогічні наблюденному факту. Отже, методична різниця робіт Л.Н.Гумільова і І.Прігожіна не принципова. Схожість описаних феноменів повинно виявлятися в тотожності поведінки диссипативных структур і етнічної системи. Оскільки поведінка диссипативных структур різних рівнів аналогічна, обмежимося зіставленням поведінки етнічної системи і диссипативной структури организменного рівня - агрегация амеб-слизевиков.

Слизевики - одноклітинні організми, але агрегируясь в колонію, поводяться подібно багатоклітинним. У першій фазі зростання організм існує у вигляді окремих амеб. Потім зростання припиняється і у другій фазі деякі амеби починають виділяти в середу персоною речовину - цАМФ. Виділення ними порцій цАМФ створює градієнт його концентрації, причому інші амеби спочатку мігрують під дією градієнта до "центрів", а потім і самі починають випускати сигнали цАМФ до периферії. Випущення колективних сигналів дозволяє кожному "центру" контролювати порядку 10 амеб, так що колонія поводиться як єдиний організм. У кінці другої фази колонія мігрує доти, поки не виявить дільницю середи, придатну для утворення плодового тіла. Якщо така дільниця знайдена, колонія диференціюється. Третя фаза розвитку колонії слизевиков - утворення плодового тілі, коли внаслідок диференціації утвориться стебло, несуче міріади спор. Приведений опис дозволяє перенести проекцію на історичний матеріал. Якщо взяти як матеріал этногенез античного світу (суперэтноса поштовху VIII в. до н. е.), те можна прослідити аналогічні фази в еволюції поведінки. У першій фазі - пассионарном підйомі, що довівся на VIII-VII вв. до н. е., античний мир існував у вигляді окремих полісів. Підкорення в цю епоху вважалося еквівалентом рабства, тому ніяких спроб консолідації не виникало.

Друга фаза - акматическая - падає в античному світі на V-III вв. до н. е. У цю епоху пассионарность суперэтноса була максимальна і почався процес консолідації навколо найбільш пассионарных центрів суперэтноса. Як такі по черзі виступали Афіни, Спарта, Фіви і, нарешті, дика Македонія. Це епоха союзів, що знайшла своє остаточне вираження в імперії Олександра Великого, До кінця цієї фази, ще за життя Олександра, виявляє себе тенденція до міграції пассионарности з старих центрів до нових, розташованих на периферії античного світу - Александрії, Антіохиї і іншим. Після смерті Олександра його імперія диференціюється на окремі царства диадохов.

Третя і четверта фази - надлом і інерція - пов'язані з падінням пассионарности системи. Цей спад протягом II в. до н. е. - II в. вивів на перше місце Рим, лежачий на околиці этноландшафтного ареалу суперэтноса. Саме в інерційній фазі этногенеза створилася антична цивілізація - Pax Romana - як результат этногенеза Античного світу.

Таку ж схожість з поведінкою этноса легко відмітити і для диссипативных структур всіх інших рівнів організації. Так, аналогії з лазером дозволяють дивитися на этногенез як на ефект посилення живої речовини біосфери за допомогою космічного випромінювання, що непрямо підтверджує висловлену Гумільовим гіпотезу походження пассионарных поштовхів.

Таку ж схожість з поведінкою этноса легко відмітити і для диссипативных структур всіх інших рівнів організації. Так, аналогії з лазером дозволяють дивитися на этногенез як на ефект посилення живої речовини біосфери за допомогою космічного випромінювання, що непрямо підтверджує висловлену Гумільовим гіпотезу походження пассионарных поштовхів.

Ці аналогії - свідчення єдиної природи этногенеза і диссипативных структур. Дійсно, у этносов є всі основні ознаки і властивості останніх. Рівноважним станом этносов є этноландшафтный гомеостаз, а умови рівноваги в різних этносах також приводять до однакових макроскопічних результатів. Саме тому этносы, що знаходяться в гомеостазе, мають схожі стереотипи поведінки (індіанці Північної Америки, горці Тібету, палеоазиаты Сибіру і Дальнього Сходу). Потоком негативної ентропії (енергії) виступає пассионарность, хоч її надходження в етнос опосередковане космічним випромінюванням, мутацією генофонду і відтворенням пассионарного ознаки в потомстві. Отже, керуючим параметром в этногенезе треба вважати рівень пассионарного напруження в системі (різниця рівнів пассионарности в даний момент часу і в гомеостазе). Принцип зв'язку підсистем в этносе (комплиментарность) також базується на феномені поля, породженого керуючим параметром (пассионарностью). Тому самоорганизация в этносфере - це утворення етнічних різних рангів (субэтносов, этносов і суперэтносов). Вона також пов'язана з досягненням критичних керуючих параметрів (певних значень рівня пассионарного напруження), оскільки освіта субэтносов, этносов і суперэтносов статистично співпадає з певними тимчасовими інтервалами в процесі этногенеза. Подібним образом основу самоорганизации в этносах складає узгоджену (кооперативне) поведінку, що маніфестується через спільність етнічного стереотипа поведінки. Таким чином, в етнічній історії знаходить блискуче підтвердження висловлювання основоположника синергетики Г.Хакена: "Кооперація багатьох підсистем якої-небудь однієї системи одним і тим же принципам, незалежно від природи підсистем". Кількість приведених прикладів можна збільшити до двох -трьох десятків, охопивши або зміну відношення системи до часу і її реакцію на зовнішні фізичні поля, механізми фазового переходу і співвідношення між детермінізмом і випадковістю, характеристики окремих фаз і роль флуктуацій. Однак всі ці приклади носять все ж приватний характер. Набагато більш істотна єдність функцій етнічної системи і диссипативной структури.

І та і інша породжуються безповоротними процесами, односторонньо направленими у часі (для этногенеза цю роль грає "історичний час" - процес рівняння пассионарных потенціалів). І та і інша являють собою форму адаптації до умов зовнішньої середи, і та і інша відображають глобальну ситуацію в цьому середовищі: їх розміри як системи у часі і просторі на порядок і більш перевищують розміри становлячих їх елементів.

З урахуванням усього вищесказаного правомірно розглядати етнічну систему як диссипативную структуру популяционного рівня. Такий висновок, що виражає контаминацию викладених підходів Прігожіна і Гумільова, обіцяє перспективи для подальших досліджень в обох напрямах. Теорія этногенеза збагатиться формально-математичними описами поведінки диссипативных структур, результатами лабораторних експериментів. Теорія диссипативных структур отримає можливість вивчення довго ідучого (1200-15000 років) процесу самоорганизации, що має абсолютне хронологічне датування. У будь-якому випадку відмічена контаминация дасть можливість при недостачі матеріалу методологічного або фактичного звертатися за аналогіями до об'єктів інших рівнів організації, де дані проблеми освітлені повніше і чіткіше.

А тепер ми можемо повернутися до поставленого спочатку питання про проблему "єдиної географії". У світлі вищевикладеного дискусія про межу соціального і природного в географічних науках представляється декілька надуманої. Адже властивість самоорганизации структур - атрибут природних процесів. Процеси техногенеза самі по собі не володіють такою здатністю, оскільки в технічних пристроях лише використовуються, подібно природним ресурсам, і природні процеси самоорганизации. Вони-то і забезпечують роботу технічних пристроїв завдяки зовнішнім (конструктивним) обмеженням, що закладаються людиною при розробці машини або приладу. І хоч "демаркаційний" між самоорганизующимися системами і технічними пристроями не може бути проведений цілком однозначно", застосовно до географії ще раз підтверджується правота С.В.Калесника, що вказав на якісну відмінність природних і соціальних процесів в географічному середовищі, що аж ніяк не заперечує необхідності інтеграції в географічних науках.

Диссипативные структури є результатом розвитку власної внутрішньої нестійкості в системі. Процеси самоорганизации можливі при обміні енергією і масою з навколишнім середовищем, т. е. при підтримці стану поточної рівноваги, коли втрати на дисипацію компенсуються ззовні. Ці процеси описуються нелінійними рівняннями для макроскопічних функцій.

Виникнення макроскопічних структур зумовлене народженням, під дією крупномасштабний флуктуацій, колективних типів руху (мод), їх конкуренцією, придушенням одних і розвитком тих, які найбільш приспособляемы до даних умов. Схожість процесів виникнення диссипативных структур з фазовими переходами в рівноважних системах дала основу називати їх нерівновагий (кінетичними) фазовими переходами. Формальна спільність кінетичних і рівноважних фазових переходів полягає в кооперативному характері процесу, зумовленому тим, що в системі, що володіє нескінченним числом мір свободи, знаходиться одна або трохи таких, зміна яких підпорядковує собі зміну інших.

Таким чином, на відміну від нерівновагий статистичної фізики замкнених систем, де аналізуються процеси релаксації, наближення до рівноважного стану, синергетика (термодинаміка відкритих систем) розглядає зворотний процес створення і еволюції диссипативных структур, що все ускладнюються, коли системи прагнуть до менш вірогідного стану, еволюціонують із зменшенням ентропії. Оскільки в процесі ускладнення потрібно все більше число параметрів для їх опису, то структури придбавають індивідуальність, неповторність. У зворотному процесі повернення до положення термодинамічної рівноваги поведінка різних систем стає схожою і, зрештою, єдиним параметром, що визначає функції розподілу, стає температура.

Диссипативные структури можна розділити на тимчасові, просторові і просторово-часових. Прикладами тимчасових структур є періодичні, коливальні і хвильові процеси. Типовими прикладами просторових структур є: перехід ламінарної течії в турбулентне, перехід дифузійного механізму передачі тепла в конвективний. Характерні приклади: турбулентність, осередки Бенара і сверхрешетка пір.

Розвиток турбулентності починається при досягненні числом Рейнольдса критичного значення. Ламінарна течія стає нестійкою, виникають стаціонарні коливання швидкості руху, потім більш складний рух до, числом характерних частот, що все збільшується. Це надзвичайно складний квазипериодическое рух іноді називають динамічним хаосом. Однак поняття хаосу в цьому випадку не має нічого спільного з хаотичним тепловим рухом молекул в рівноважному стані. Турбулентний рух є макроскопічним, зумовленим великим числом виниклих кореляцій. Число мір свободи, необхідних для його опису, за деякими оцінками досягає 109. Виниклі макроскопічні зв'язки збільшують внутрішню впорядкованість системи, що виявляється у виникненні інтерференційних плям в світловій хвилі, минулій через турбулентність. Важливість аналізу турбулентності виходить з того, що велика частина Всесвіту заповнена речовиною, що знаходиться в турбулентному русі.

Осередки Бенара являють собою структури, що нагадують бджолині стільники, які виникають у в'язкій рідині, що підігрівається знизу, після того, як градієнт температури перевищує деяке критичне значення. Весь шар рідини розпадається на однакові вертикальні шестигранні призми з певним співвідношенням між висотою і стороною. У центральній області призми рідина підіймається, а поблизу вертикальних граней опускається. У приповерхностном шарі рідина розтікається від центра до країв, а в придонном - від меж призм до центра. При такому типі узгодженого руху потік ентропії з системи максимальний. Грандіозна структура подібних осередків є на Сонці. Вона утворить конвективну зону сферичної форми завтовшки 105км. Саме ця зона забезпечує перенесення на поверхня Сонця енергії, що вивільняється за рахунок термоядерних реакцій в його надрах.

При безперервному опромінюванні металів потоком частинок високої енергії іони вибиваються з вузлів кристалічної гратки. Виникаючі вакансії об'єднуються, утворюючи частинки пустоти - пори. Звичайно просторовий розподіл вакансионных пір випадковий і близький до рівномірного. Однак при певних умовах може утворюватися решеточное розподіл пір, симетрія і кристаллографические осі якого є такими ж як і у гратки основного кристала. Уперше гратку вакансионных часів (її також називають сверхрешеткой) спостерігав в 1971 році Д.Еванс в чистому молібдені, що опромінюється при 870 З іонами азоту з енергією - 2 МеВ.

Прикладами просторово-часових структур є режим генерації лазера і коливальні хімічні реакції. Виникнення когерентного випромінювання в лазері відбувається при досягненні потужності накачка (енергії, що підводиться) порогового значення. Атоми або молекули робочого тіла лазера, що випромінювали до цього незалежно один від одного, починають випускати світло погоджено, в одній фазі.

Фазовий перехід в фізиці означає стрибкоподібну зміну фізичних властивостей при безперервній зміні зовнішніх параметрів. Нерівновагий фазовий перехід визначається флуктуаціями. Вони наростають, збільшують свій масштаб до макроскопічних значень. Виникає нестійкість і система переходить у впорядкований стан. Нерівновагий фазові переходи різної природи мають загальні характеристики. Передусім, упорядкування пов'язане з пониженням симетрії, що зумовлено появою обмежень через додаткові зв'язки (кореляцій) між елементами системи. Л. Д. Ландау в 1937 р. запропонував загальне трактування фазових переходів 2-го роду як зміну симетрії. У точці переходу симетрія міняється стрибком. Також загальною властивістю кінетичних фазових переходів є наявність фундаментальної макроскопічної змінної, що дозволяє дати єдиний опис процесу упорядкування - параметра порядку. По своєму фізичному значенню параметр порядку - це кореляційна функція, що визначає міру дальнього порядку в системі.

Синергетика виявила спільність закономірностей розвитку об'єктів різного рівня організації. Разюча схожість рівнянь, що описують процеси в самих різних областях знань дозволяє говорити про структурну изоморфизме процесів самоорганизации будь-яких систем. Для конкретних випадків міняються лише параметри і значення вхідних змінних. У хімії, наприклад, змінними є концентрації реагуючих речовин. У біології - чисельність організмів або біомаса, мембранный потенціал і т.д. Прикладом тимчасової структури в біології є процес «хижак- жертва». Періодичні коливання чисельності популяції зайців і рисей, що харчуються ними, хутра «, що прослідилися компанією по заготівлі Хадсон-Бий» протягом 90 років описуються рівнянням Лотки-Вольтерра. Це ж рівняння описує незгасаючі концентраційні коливання в хімічних системах. З точки зору нерівновагий термодинаміки, процес Лотки - Вольтерра цікавий тим, що описує систему як би нескінченно видалену від стану рівноваги, але що ще не перейшла в нестійкий стан.

Діяльність організмів немислима без автоволновых процесів, що є просторово- тимчасовими структурами. Добре відоме «почуття часу» у багатьох біологічних об'єктів, починаючи від найпростіших і кінчаючи высокорганизованными. Розгадка «біологічних годин» лежить в періодичних автоволновых процесах. Говорять, що природа не терпить пустоти, але любить ритм і циклічність.

Яскравим прикладом послідовності бифуркаций і кінетичних фазових переходів є морфогенез. Причому тут наочно виявляється саме глибока, просторова властивість цих переходів - стрибкоподібна зміна симетрії системи. Морфогенез - це виникнення тканин, органів і всієї структури організму в процесі його ембріонального розвитку. Початкова яйцеклітина в першому наближенні має форму кулі. Ця симетрія зберігається на стадії бластулы, коли клітки, виникаючі внаслідок ділення ще не дифференцированны. Далі сферична симетрія порушується і зберігається лише аксіальна симетрія. На стадії гаструлы порушується і ця симетрія - утвориться сагитальная площина, що відділяє брюшную порожнину від спинної. Ускладнення системи супроводиться пониженням її симетрії. Справедливо вираження «порядок є порушення симетрії». Хаос вкрай симетричний: будь-яка його точка подібна будь-якою іншою і всі напрями равноправны. Поява структури відразу знижує симетрію.

Порушення симетрії в ході розвитку зародка виникають спонтанно внаслідок нестійкості симетричного стану. Саме в цей час малі зміни керуючих параметрів (в цьому випадку хімічного складу навколишнього середовища) дуже ефективно діють на систему (зародок). Поява в організмі матері біологічно активної речовини може привести до аномалії в розвитку плоду. Відомим прикладом є заборона талидомида, що застосовувався як снотворне. У деякої частини його жінок, що приймали народжувалися діти з численною потворністю. Прийом ліків у них співпадав з моментом розкриття нестійкості в розвитку плоду.

При подальшому розвитку організму відбувається формування структури особистості. Зовнішніми чинниками, що приводять до розкриття нестійкості в цьому випадку є межличностные взаємодії. У психології відомі численні приклади неадекватної реакції підлітків на незначні події. Глум, просто необережне слово дорослих або однолітків іноді призводить до катастрофічних наслідків - відходу з будинку, суициду. Кожний з читачів може пригадати в своєму минулому моменти, коли яка-небудь дрібниця виводила його з рівноваги (користуючись термінологією синергетики - з стану поточної рівноваги).

Вернадский розглядав життя на Землі як процес маюче космічне джерело енергії - Сонце. Причому основну роль у використанні сонячної енергії грають фотосинтезирующие організми. Теорія диссипативных структур виявляє більш глибоку роль рослинного покриву - забезпечення термодинамічних умов існування життя на планеті. Земна куля разом з живою і неживою природою є відкритою, нерівновагий системою. Від Сонця поступає потік енергії у вигляді випромінювання. Існування на Землі впорядкованої структури у вигляді біосфери можливе лише при відведенні в космічний простір більшої кількості ентропії, ніж приходить з сонячним випромінюванням і виробляється в біосфері внаслідок диссипативных процесів. Можна сказати, що самоорганизация підтримується за рахунок поглинання негативної ентропії. За пропозицією Бріллюена негативну ентропію стали називати негэнтропией. Негэнтропийный раціон Землі складає, за оцінкою Ребане, 1022кал*градом-1в рік. Поглинаючи сонячне випромінювання рослинний покрив знижує ефективну температуру випромінювання, що йде, збільшуючи потік ентропії, що відводиться. Це збільшує ентропію Всесвіту, але забезпечує підтримку стаціонарного стану на Землі. У цьому виявляється загальна властивість життя як впорядкованої підсистеми - вона прискорює зростання ентропії системи загалом, але створює впорядкованість локально. Постійність негэнтропийного раціону Землі лежить, мабуть, в основі закону Вернадського про збереження біомаси на Землі.

Сучасний погляд на динамічну систему Земля - Сонце виявив значення сонячної активності. Виникаючі флуктуації електромагнітного і корпускулярного випромінювань Сонця не перевищують 10-3от його загальних потоки, тому вплив сонячної активності на процеси, що відбуваються на Землі, раніше повністю заперечувався через енергетичну малість. Однак зараз встановлений цей вплив на самі різноманітні процеси в магнітосфері, верхньому і нижньому шарах атмосфери, гидро- і литосфере Землі. Вплив відбувається через сильної неравновесности ряд процесів в космічному просторі, земній атмосфері і на самій Землі. Неравновесность же характеризується наявністю нестійкості. Сонячна активність виступає як спусковий гачок, що приводить до розкриття цієї нестійкості.

У цей час синергетические методи починають знаходити застосування в гуманітарних науках - економіці, соціології, психології, лінгвістиці і т.д. Як конкретний соціологічний приклад можна привести розробку Хакеном стохастичної моделі формування громадської думки, в якій міститься різкий перехід між різними станами. З'являються спроби синергетического осмислення мистецтва.
Лабораторні роботи з фізики
Нижегородський Державний Технічний Університет. Лабораторна робота з фізики №2-23. Вивчення основних правил роботи з радіовимірювальних приладами. Виконав студент Групи 99 - ЦЮ Наумов Антон Миколайович Перевірив: Н. Новгород 2000р. Мета роботи: знайомство з основними характеристиками радіовимірювальних

Лабораторна робота №1
Тема: Послідовне і паралельне з'єднання споживачів електричної енергії. Мета роботи: перевірити закони паралельного та послідовного з'єднання споживачів електричної енергії. Теоретичною обґрунтування роботи: 1. З'єднання, при якому через всі споживачі проходить один і той же струм, називається

Загальні питання методики викладання фізики
1.1. Методика викладання фізики, як педагогічна наука. Фізика - це наука про найбільш загальні властивості і форми руху матерії. (Матерія - речовина і поле (2 види). Фізика допомагає пізнавати навколишній світ. Завдання фізики - дослідити закономірності фізичних явищ і знаходити способи застосування

Кристали
З найдавніших часів вражали людську уяву своїм винятковим геометричним досконалістю. Наші предки бачили в них творіння ангелів або підземних духів. Першою спробою наукового пояснення форми кристалів вважається твір Йоганна Кеплера «Про шестикутних сніжинка» (1611 г). Кеплер висловив припущення,

Конспект лекцій з матеріалознавства
1. Зв'язки атомів і молекул. В-во в твердому, рідкому і газоподібному стані або стані плазми складається з атомів, молекул, іонов.Молекула - з 1 чи декількох атомів - найменша частина речовини, володіє його хімічними властивостями. Ядро атома складається з протонів і нейтронів. Атом, віддаючи

Коливання пускової установки
Схема установки: Рис.1 Завдання на проект: Пускова установка знаходиться на кораблі, що здійснює коливання (угол- стаціонарна функція відомого виду.) У момент часу t = tк проводиться пуск ракети. Потрібно: 1. Отримати рівняння малих коливань ракети з направляючою з урахуванням впливу з боку

Кварки
ЗМІСТ ВВЕДЕННЯ. ...3 У СВІТІ ЕЛЕМЕНТАРНИХ ЧАСТИНОК. ...3 ГІПОТЕЗА ПРО ІСНУВАННЯ КВАРКІВ. ...4 Супермультіплети. ...4 Властивості. ...4 Три страхітний частинки. ...5 Парк, нарк, ларк. ...5 НОВІ КВАРКИ. ...6 з-Кварк (зачарований). ...6 b-Кварк (чарівний). ...6 t-Кварк (правдивий). ...6 ПОШУКИ

© 2014-2022  8ref.com - українські реферати