конспект лекций, вопросы к экзамену

Хаос, порядок, необратимость. Детерминизм и случайность (на примере разных уровней и форм движения материи).

Упорядоченность и хаос– две крайности, наблюдаемые в реальном мире. Четкая, подчиняющаяся определенному порядку смена событий в окружающем нас пространстве и времени – поезда, идущие по расписанию. С другой стороны – хаотическое метание шарика в рулетке.

В реальной природе протекает множество хаотических процессов, но мы не воспринимаем их как хаос. Наше сознание обобщает информацию, воспринимаемую органами чувств, поэтому мы не видим мелких «дрожаний» - флуктуаций. Во многих случаях довольно трудно провести четкую границу между такими понятиями, как «хаос» и «поря­док».

Порядок

Порядок в физической, экологической, экономической и любой другой системе может быть двух видов: равновесный и неравновесный.

  1. При равновесном порядке система находится в равновесии со своим окружением, ее параметры совпадают с параметрами окружающей среды. (Например, в физике – температура, давление. Выключенный электрический утюг быстро приобретает комнатную температуру – устанавливается равновесие между ним и окружающей системой)
  2. Неравновесный порядок имеет искусственное происхождение. Он существует при условии подачи энергии извне. (Например, человеческий организм. Энергия компенсируется пищей и воздухом)

Необратимость

Необратимость – различие между прошлым и будущим.

В природе существенную роль играет необратимость, лежащая в основе большинства процессов самоорганизации. Обратимость и жесткий детерминизм в окружающем нас мире применимы только в простых предельных случаях (Например, гидролиз солей). Необратимость и случайность рассматриваются как общее правило.

Детерминизм и случайность

(Детерминизм– это доктрина о всеобщей причинности)

Главное свойство детерминированности: если мы знаем как устроена система в некоторый момент времени, то мы можем предсказать ее поведение в любой другой момент времени. Но даже в детерминированных системах возникают хаотические эффекты.

Детерминированный хаос (примеры возникновения непредсказуемых эффектов в системах):

  • Представим себе качели. Если они стоят идеально вверх и идеально симметричные, то такое положение является положением равновесия, но оно неустойчиво. Даже если мы немного пошевелим качели, то это приведет к сильному изменению траектории.
  • Люди не научились предсказывать погоду. Даже если мы сделаем математические модели поведения погоды и создадим суперкомпьютер, который сможет проводить точные вычисления, то это позволит увеличить точность предсказаний совсем на немного. Если мы увеличим точность измерения в два раза, то сможем предсказать поведение системы только на одну минуту вперед. Т.к. система является динамической и чувствительной.
  • Подкидывание монетки – невозможно предсказать как система будет развиваться.

Детерминизм и случайность на примере разных уровней и форм движении материй:

  1. Форма струи жидкости, обтекающая препятствие. При маленькой скорости вода течет плавно. При увеличении скорости в потоке начинают образовываться вихри, при дальнейшем увеличении скорости возникает нестационарное течение – вода образует водовороты и бросается из стороны в сторону. Крупные вихри порождают непредсказуемое, неупорядоченное состояние, а структура потока становится хаотической (турбулентной).
  2. Трудность математического описания хаотического движения состоит в том, что большинство физических систем оказываются очень чуткими к слабым воздействиям. Например, если немного толкнуть камень, который лежит на вершине скалы, он покатится вниз по неизвестной траектории.
  3. Хаос и порядок характеризует самые разные области окружающего мира. Это и товарно-денежные отношения: продавцы продают, покупатели покупают, но в хаосе рынка устанавливаются определенные закономерные отношения, которые изучает экономика.
  4. Естественные языки: случайно возникают и распространяются среди носителей языка грамматические закономерности, с течением времени одни случайности закрепляются в грамматике и вытесняют прежние.

В начале 70-х годов двадцатого века появилась синергетика. Междисциплинарное направление занимается исследованиями самоорганизации порядка из хаоса.

  • В установлении и разрушении порядка огромную роль играют флуктуации – отклонения системы от некоторого среднего состояния, вызванные слабыми воздействиями
  • Благодаря воздействиям система приобретает упорядоченность. В других случаях эта упорядоченность исчерпывает себя и разрушается, система попадает в состояние неустойчивости.

Самоорганизация – процессы возникновения упорядоченных пространственно-временных структур в сложных, чувствительных к небольшим изменениям параметров системах, которые под их воздействием могут резко изменить свое состояние. Этот переход и есть возникновение порядка из хаоса.

24.12.2019; 06:00
просмотров: 145