ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Нелинейная динамика эволюции сложных систем с позиции обобщенного дарвинизма из "Введение в междисциплинарное наноматериаловедение " Особенностью эволюции природных систем является наличие взаимосвязанных превращений структур разных иерархий, протекающих в разных временных шкалах [22]. Примером этой иерархии является Периодическая система элементов, состоящая из иерархических подсистем. [c.60] Особенность неравновесных открытых систем заключается в том, что взаимосвязь структур и свойств при переходе от низшего уровня подсистемы к высшему носит строго периодический характер, что и нашло отражение в периодическом законе Д.И. Менделеева. Однако, установление этой иерархии требует учета квантово-механических свойств атомов. [c.61] Традиционный подход к синтезу структур и материалов, принятый в материаловедении, связан с учетом закономерностей физико-химических процессов, установленных для макромира применительно к квази-закрытым системам. Однако синтез структур отвечает сугубо неравновесным процессам, развивающимися при наличии высоких градиентов температур, напряжений или химического состава. В этих условиях система становится открытой, что требует использования принципов термодинамики неравновесных процессов и нелинейной динамики (синергетики) структурообразования. Для таких систем характерны процессы самоорганизации диссипативных структур [5,6], позволяющие сохранять целостность системы путем самоорганизации более устойчивой структуры, взамен старой,+ потерявшей устойчивость. Реализуемый процесс самовыбора устойчивой структуры при достижении неустойчивого состояния системы, является универсальным и относится к классу самоуправляемого синтеза структур. В этом случае роль внешнего фактора сводится лишь к поддержанию энергии в системе на определенном уровне, отвечающем критическому значению управляющего параметра, при достижении которого возможен процесс самоуправления. [c.61] Процесс самоуправляемой автокаталитической реакции, как известно, характеризуется пороговостью, то есть катализ может протекать только при определенной концентрации компонент. В,сложных системах самопроиз-водство выступает как самостоятельная форма самоорганизации, отвечающей точкам бифуркаций. Хакен [7] эволюцию систем рассматривает на основе триады Дарвина - изменчивость, наследственность и отбор, определяющей алгоритм эволюционных процессор всех систем. [c.62] В данном случае имеет место единство случайного и детерминированного, что характерно для всех отрытых систем живой и неживой природы. [c.62] Наследственность связывают со спо 5Ъбностью материи сохранять свои особенности, изменяться от прошлого к будущему и зависеть от прошлого. Поэтому, наследственность отражает влияние прошлого на будущее путем действия обратных связей, характерных для открытых сметем. Синергетическим системам, характерен метаболизм - обмен энергией и веществом, с окружающей средой. Этот феномен обусловлен стремлением системы максимально использовать энергию внешней среды, как способ уменьшения локальной энтропии. [c.62] Отбор как хорошо известно из биологии, связан с выживанием сильнейшей, наиболее приспособленной моды, В синергетических системах отбор совершается по принципу экономии энтропии, сформулированного Моисеевым Н.Н. в виде Если допустимо не единственное состояние системы (процессов), а целая совокупность состояний, согласных с законами сохранения энергии и связями, наложенными на систему (процесс), то реализуется состояние, которому отвечает минимальное рассеяние энергии, или, то же самое, минимальный рост энтропии . В соответствии с этим принципом возможно несколько типов самоорганизации материи, но реализуется та структура, которая обеспечивает минимальный рост или убывание энтропии. [c.62] Однако, чем же отличается живой организм от кристалла Э. Шре-дингер назвал живой организм апериодическим кристаллом, т.к. он состоит из большого числа атомов (например, некоторые бактерии содержат около 10 атомов). Принципиальное различие между живым к неживым, например кристаллом, заключается в том, что организм упорядочен как диссипативная система, далекая от равновесия, а кристалл упорядочен равновесно. [c.62] Однако, в точках бифуркаций деформируемый кристалл становится диссипативной системой и поэтому становится живым в том смысле, что при внешнем воздействии он остается целостным (живым), пока способен освобождать себя от всей той энтропии, которую он вынужден производить в процессе диссипации энергии. [c.62] Хакен [7] также отмечает возможность распространения обобщенного дарвинизма не только на органический мир, но и на неорганический возникновение микроскопических структур обусловлено рождением коллективных мод под действием флуктуаций или отбора, наиболее приспособленной моды или комбинации таких мод. При этом решающую роль играет параметр время . Это означает необходимость исследования эволюции системы во времени. [c.63] Оно используется в химии для описания автокаталитических реакций, то есть когда скорость образования ° q некоторого вещества пропорциональна его концентрации q. При использовании этого соотношения в биологии коэффициенту а предают смысл параметра порядка, представляя его как разность между скоростью продуцирования и скоростью распада клеток. [c.63] Как установлено [7] для широкого класса стохастических нелинейных дифференциальных уравнений с частными производными су- шествует метод, позволяющий найти функцию q2(t)=f(qi(t)) при одном и том же t. В этом случае переменная q2 подчинена переменной qi (принцип подчинения), что позволяет существенно упростить сложную задачу. [c.64] Руденко А.П. [24], ввел представление о прогрессивной эволюции неравновесных открытых систем. Под прогрессивной эволюцией автор идеи понимает естественный отбор наиболее прогрессивных качеств, обеспечивающих возникновение жизни в результате химической эволюции, определяющей биологическую эволюцию. [c.64] Одной из задач синергетики является установление критериев, обеспечивающих их самоорганизацию и эволюцию систем. Так как процессы самоорганизации и прогрессивной эволюции - природные явления, указанные критерии должны устанавливаться на основе изучения реально наблюдаемых процессов самоорганизации, альтернативных давно известным процессам организации [24], на основе знания их физической сути, законов самоорганизации и прогрессивной эволюции. Для этого недостаточны общие соображения о иерархической сложности систем, фрактальности, линейности или нелинейности математических уравнений, описывающих поведение сложных систем, также требуются другие внещние признаки, присущие динамическим открытым системам, с самоорганизацией и прогрес сивной эволюцией, отражающие их специфические особенности. В [23] отмечено, что в настоящее время известна только одна попытка количественного описания и процессов самоорганизации и процессов прогрессивной эволюции с единых теоретических позиций - это на основе явления катализа. [c.64] Вернуться к основной статье