горизонт событий. музыка, редкости, раритеты.
Пятница, 18.08.2017, 19:20. Приветствуем Вас, Гость!
главная о площадке ♫ осколки неба музыка кино music sci fi чтиво интернет поиск гостевая почта

ценное из блогов и других источников

главная » статьи » естественнонаучное

Живое из неживого. Диссипативные структуры Ильи Пригожина и самоорганизация неравновесных систем.    

Живое из неживого. Диссипативные структуры Ильи Пригожина и самоорганизация неравновесных систем.


В XIX веке изучали лишь наиболее простые, замкнутые системы, не обменивающиеся с внешней средой ни веществом, ни энергией; при этом в центре внимания находилась конечная стадия термодинамических процессов, когда система пребывает в состоянии, близком к равновесию. Тогдашняя термодинамика была равновесной термодинамикой.

Именно равновесные состояния (в разреженном газе) изучал Больцман, с чем и была связана постигшая его творческая неудача: горячо восприняв идею эволюции (хорошо известна его оценка: "Девятнадцатый век - это век Дарвина"), он потратил массу сил и времени на то, чтобы дать дарвинизму строгое физическое обоснование - но так и не сумел этого сделать.

Более того, введенный им принцип порядка налагает прямой запрет на возникновение организованных (и потому менее вероятных) структур из неорганизованных - т.е. на прогрессивную эволюцию. На неравновесные же процессы в то время смотрели как на исключения, второстепенные детали, не заслуживающие специального изучения.

Ныне ситуация коренным образом изменилась, и как раз замкнутые системы теперь рассматривают как сравнительно редкие исключения из правила. При этом было установлено, что в тех открытых системах, что находятся в сильно неравновесных условиях, могут спонтанно возникать такие типы структур, которые способны к самоорганизации, т.е. к переходу от беспорядка, "теплового хаоса", к упорядоченным состояниям.

Создатель новой, неравновесной термодинамики Пригожин назвал эти структуры диссипативными - стремясь подчеркнуть парадокс: процесс диссипации (т.е. безвозвратных потерь энергии) играет в их возникновении конструктивную роль. Особое значение в этих процессах имеют флуктуации - случайные отклонения некой величины, характеризующей систему из большого числа единиц, от ее среднего значения (одна из книг Пригожина так и называется - "Самоорганизация в неравновесных системах. От диссипативных структур к упорядочению через флуктуации").

Одним из простейших случаев такой спонтанной самоорганизации является так называемая неустойчивость Бенара. Если мы будем постепенно нагревать снизу не слишком толстый слой вязкой жидкости, то до определенного момента отвод тепла от нижнего слоя жидкости к верхнему обеспечивается одной лишь теплопроводностью, без конвекции.

Однако когда разница температур нижнего и верхнего слоев достигает некоторого порогового значения, система выходит из равновесия и происходит поразительная вещь. В нашей жидкости возникает конвекция, при которой ансамбли из миллионов молекул внезапно, как по команде, приходят в согласованное движение, образуя конвективные ячейки в форме правильных шестиугольников.

Это означает, что большинство молекул начинают двигаться с почти одинаковыми скоростями, что противоречит и положениям молекулярно-кинетической теории, и принципу порядка Больцмана из классической термодинамики. Если в классической термодинамике тепловой поток считается источником потерь (диссипации), то в ячейках Бенара он становится источником порядка. Пригожин характеризует возникшую ситуацию как гигантскую флуктуацию, стабилизируемую путем обмена энергией с внешним миром.

Еще более удивительны явления самоорганизации, происходящие в неравновесных химических системах (например, в так называемых химических часах).

Если в ячейках Бенара речь шла о согласованных механических движениях молекул, то здесь мы имеем дело со столь же согласованными, "как по команде", их химическими превращениями. Предположим, что у нас имеется сосуд с молекулами двух сортов - "синими" и "красными". Движение молекул хаотично, поэтому в любой из частей сосуда концентрация "синих" и "красных" молекул будет несколько отклоняться от средней то в одну, то в другую сторону, а общий цвет реакционной смеси должен быть фиолетовым с бесконечными переходами в сторону синего и красного.

А вот в химических часах мы увидим нечто совершенно иное: цвет всей реакционной смеси будет чисто-синий, затем он резко изменится на чисто-красный, потом опять на синий, и т.д. Как отмечает Пригожин, "столь высокая упорядоченность, основанная на согласованном поведении миллиардов молекул, кажется неправдоподобной, и если бы химические часы нельзя было наблюдать "во плоти", вряд ли кто- нибудь поверил бы, что такой процесс возможен". (По поводу последнего следует заметить, что первооткрывателю этого типа реакций Белоусову П.Б. пришлось на протяжении многих лет доказывать, что демонстрируемые им - причем именно "во плоти"! - химические часы не являются просто фокусом).

Помимо химических часов, в неравновесных химических системах могут наблюдаться и иные формы самоорганизации: устойчивая пространственная дифференциация (в нашем примере это означало бы, что правая половина сосуда окрасится в красный цвет, а левая - в синий), или макроскопические волны химической активности (красные и синие узоры, пробегающие по фиолетовому фону).

Однако для того, чтобы в некой системе начались процессы самоорганизации, она должна быть как минимум выведена из стабильного, равновесного состояния. В ячейках Бенара неустойчивость имеет простое механическое происхождение. Нижний слой жидкости в результате нагрева становится все менее плотным и центр тяжести смещается все дальше наверх; по достижении же критической точки система "опрокидывается" и возникает конвекция. В химических системах ситуация сложнее.

Здесь стационарное состояние системы представляет собой ту стадию ее развития, когда прямая и обратная химические реакции взаимно уравновешиваются, и изменения концентрации реагентов прекращаются. Вывести систему из этого состояния очень трудно, а в большинстве случаев - просто невозможно; не зря реакции типа "химических часов" были открыты лишь недавно, в пятидесятые годы (хотя их существование было теоретически предсказано математиком Р. Вольтерра еще в 1910 г.).

Для того, чтобы устойчивость стационарного состояния оказалась нарушенной, есть одно необходимое (но не достаточное) условие: в цепи химических реакций, происходящих в системе, должны присутствовать автокаталитические циклы, т.е. такие стадии, в которых продукт реакции катализирует синтез самого себя. А ведь именно автокаталитические процессы, как мы помним по разделу Происхождение жизни, составляют основу такого процесса, как жизнь.

Итак, жизнь можно рассматривать как частный случай в ряду процессов химической самоорганизации в неравновесных условиях, происходящих на основе автокатализа.







В XIX веке изучали лишь наиболее простые, замкнутые системы, не обменивающиеся с внешней средой ни веществом, ни энергией; при этом в центре внимания находилась конечная стадия термодинамических процессов, когда система пребывает в состоянии, близком к равновесию. Тогдашняя термодинамика была равновесной термодинамикой.

Именно равновесные состояния (в разреженном газе) изучал Больцман, с чем и была связана постигшая его творческая неудача: горячо восприняв идею эволюции (хорошо известна его оценка: "Девятнадцатый век - это век Дарвина"), он потратил массу сил и времени на то, чтобы дать дарвинизму строгое физическое обоснование - но так и не сумел этого сделать.

Более того, введенный им принцип порядка налагает прямой запрет на возникновение организованных (и потому менее вероятных) структур из неорганизованных - т.е. на прогрессивную эволюцию. На неравновесные же процессы в то время смотрели как на исключения, второстепенные детали, не заслуживающие специального изучения.

Ныне ситуация коренным образом изменилась, и как раз замкнутые системы теперь рассматривают как сравнительно редкие исключения из правила. При этом было установлено, что в тех открытых системах, что находятся в сильно неравновесных условиях, могут спонтанно возникать такие типы структур, которые способны к самоорганизации, т.е. к переходу от беспорядка, "теплового хаоса", к упорядоченным состояниям.

Создатель новой, неравновесной термодинамики Пригожин назвал эти структуры диссипативными - стремясь подчеркнуть парадокс: процесс диссипации (т.е. безвозвратных потерь энергии) играет в их возникновении конструктивную роль. Особое значение в этих процессах имеют флуктуации - случайные отклонения некой величины, характеризующей систему из большого числа единиц, от ее среднего значения (одна из книг Пригожина так и называется - "Самоорганизация в неравновесных системах. От диссипативных структур к упорядочению через флуктуации").

Одним из простейших случаев такой спонтанной самоорганизации является так называемая неустойчивость Бенара. Если мы будем постепенно нагревать снизу не слишком толстый слой вязкой жидкости, то до определенного момента отвод тепла от нижнего слоя жидкости к верхнему обеспечивается одной лишь теплопроводностью, без конвекции.

Однако когда разница температур нижнего и верхнего слоев достигает некоторого порогового значения, система выходит из равновесия и происходит поразительная вещь. В нашей жидкости возникает конвекция, при которой ансамбли из миллионов молекул внезапно, как по команде, приходят в согласованное движение, образуя конвективные ячейки в форме правильных шестиугольников.

Это означает, что большинство молекул начинают двигаться с почти одинаковыми скоростями, что противоречит и положениям молекулярно-кинетической теории, и принципу порядка Больцмана из классической термодинамики. Если в классической термодинамике тепловой поток считается источником потерь (диссипации), то в ячейках Бенара он становится источником порядка. Пригожин характеризует возникшую ситуацию как гигантскую флуктуацию, стабилизируемую путем обмена энергией с внешним миром.

Еще более удивительны явления самоорганизации, происходящие в неравновесных химических системах (например, в так называемых химических часах).

Если в ячейках Бенара речь шла о согласованных механических движениях молекул, то здесь мы имеем дело со столь же согласованными, "как по команде", их химическими превращениями. Предположим, что у нас имеется сосуд с молекулами двух сортов - "синими" и "красными". Движение молекул хаотично, поэтому в любой из частей сосуда концентрация "синих" и "красных" молекул будет несколько отклоняться от средней то в одну, то в другую сторону, а общий цвет реакционной смеси должен быть фиолетовым с бесконечными переходами в сторону синего и красного.

А вот в химических часах мы увидим нечто совершенно иное: цвет всей реакционной смеси будет чисто-синий, затем он резко изменится на чисто-красный, потом опять на синий, и т.д. Как отмечает Пригожин, "столь высокая упорядоченность, основанная на согласованном поведении миллиардов молекул, кажется неправдоподобной, и если бы химические часы нельзя было наблюдать "во плоти", вряд ли кто- нибудь поверил бы, что такой процесс возможен". (По поводу последнего следует заметить, что первооткрывателю этого типа реакций Белоусову П.Б. пришлось на протяжении многих лет доказывать, что демонстрируемые им - причем именно "во плоти"! - химические часы не являются просто фокусом).

Помимо химических часов, в неравновесных химических системах могут наблюдаться и иные формы самоорганизации: устойчивая пространственная дифференциация (в нашем примере это означало бы, что правая половина сосуда окрасится в красный цвет, а левая - в синий), или макроскопические волны химической активности (красные и синие узоры, пробегающие по фиолетовому фону).

Однако для того, чтобы в некой системе начались процессы самоорганизации, она должна быть как минимум выведена из стабильного, равновесного состояния. В ячейках Бенара неустойчивость имеет простое механическое происхождение. Нижний слой жидкости в результате нагрева становится все менее плотным и центр тяжести смещается все дальше наверх; по достижении же критической точки система "опрокидывается" и возникает конвекция. В химических системах ситуация сложнее.

Здесь стационарное состояние системы представляет собой ту стадию ее развития, когда прямая и обратная химические реакции взаимно уравновешиваются, и изменения концентрации реагентов прекращаются. Вывести систему из этого состояния очень трудно, а в большинстве случаев - просто невозможно; не зря реакции типа "химических часов" были открыты лишь недавно, в пятидесятые годы (хотя их существование было теоретически предсказано математиком Р. Вольтерра еще в 1910 г.).

Для того, чтобы устойчивость стационарного состояния оказалась нарушенной, есть одно необходимое (но не достаточное) условие: в цепи химических реакций, происходящих в системе, должны присутствовать автокаталитические циклы, т.е. такие стадии, в которых продукт реакции катализирует синтез самого себя. А ведь именно автокаталитические процессы, как мы помним по разделу Происхождение жизни, составляют основу такого процесса, как жизнь.

Итак, жизнь можно рассматривать как частный случай в ряду процессов химической самоорганизации в неравновесных условиях, происходящих на основе автокатализа.

Источник: http://www.medbiol.ru/medbiol/lifehist/000bc9eb.htm
Рейс №631 | Категория: естественнонаучное | Разместил (-ла) : Rio (30.03.2013)
Просмотров: 2318 | Метки:  живое из неживого  | Рейтинг: 0.0/0 | наверх

Метки:
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]

Некоторые статьи из «Чтива» на горизонте в случайном порядке.

естественнонаучное
литературное
другая сторона холма
естественнонаучное
Chondrocladia lyra (nature_wonder)

Основные разделы.

Главная  Осколки Неба  Музыка кино  Редкости  СуперХоккей  Николай Парфенюк  Андрей Мисин
Дореволюционная Россия в цвете  Треки из нашей кинофантастики  Чтиво  Советское кино
Советская мультипликация  Интернет  Поиск & метки  Гостевая  Обратная связь
Случайное чудо   Один трек из коллекции

 Место примарсения Curiosity.
Место примарсения Curiosity.

  Пушкинская улица, 15. Партизаны конвоируют пленных гитлеровцев. Одесса 1944-2012. Проект Сергея Ларенкова «Связь времён».
Пушкинская улица, 15. Партизаны конвоируют пленных гитлеровцев. Одесса 1944-2012. Проект Сергея Ларенкова «Связь времён».

  Митрополит Корнилий. Предстоятель старообрядческой православной Церкви.
Митрополит Корнилий. Предстоятель старообрядческой православной Церкви.

  Третьим будешь?
Третьим будешь?

  Vicomtess Othenin d'Haussonville, née Louise­ Albertine de Broglie. Автор: Жан Огюст Доминик Энгр (1780-1867). Французский художник, общепризнанный лидер европейского академизма XIX века.
Vicomtess Othenin d'Haussonville, née Louise­ Albertine de Broglie. Автор: Жан Огюст Доминик Энгр (1780-1867). Французский художник, общепризнанный лидер европейского академизма XIX века.

  Борис Феоктистович Сафонов. Подполковник.
Борис Феоктистович Сафонов. Подполковник.

  Деньга Императора Павла Первого.
Деньга Императора Павла Первого.

  Лошадь. © mi3ch.
Лошадь. © mi3ch.

  Автопортрет марсохода Curiosity. Изображение было получено 31.10.2012 камерой марсохода Mars Hand Lens Imager (MAHLI). Мозаика из 55 снимков.
Автопортрет марсохода Curiosity. Изображение было получено 31.10.2012 камерой марсохода Mars Hand Lens Imager (MAHLI). Мозаика из 55 снимков.

 


лента изображений

Чародеи | Музыка: Евгений Крылатов, слова: Леонид Дербенёв.

Послушать В.С.Высоцкого

рейс №631

Русский Мiр [69]
русско-советская цивилизация, Люди
другая сторона холма [39]
там, где нас нет
текущие события [46]
тексты на злобу дня
публицистика [56]
история, политика, экономика, ...
кинематографическое [15]
всяческое о кино
литературное [28]
стихи, рассказы, истории
важное, полезное [7]
ценное, может пригодиться
естественнонаучное [59]
изучаем Вселенную
Юрий Болдырев [94]
статьи, интервью, выступления
обо всём понемногу [55]

индпошив, неформат

случайный трек из коллекции - музыка кино, арт, спейс, прогрессив, психоделика и прочие нетривиальности


заходите к нам послушать интересную и незнакомую музыку, плеер бесконечен :)

7 крайних комментариев


  • Rio
    Оставлен 12.12.2015
    Музыка кино - 31 июня
    Автор комментария: Rio
    Оставлен 12.12.2015 в 05:42
    Тема: Музыка кино - 31 июня
    Качество, конечно, не ахти, но зато полная версия. Загрузил оттуда аудиотрек. Шоб было.
  • Grey
    Оставлен 22.06.2015
    Музыка кино - 31 июня
    Автор комментария: Grey
    Оставлен 22.06.2015 в 01:40
    Тема: Музыка кино - 31 июня
    Звуковая дорожка оцифрована с магнитофонной ленты, записанной в 1979 году. Видеоряд использован из фильма "31 июня".
    http://www.youtube.com/watch?v=0gcOCkJkgoY&feature=player_embedded
  • Автор комментария: Grey
    Оставлен 04.06.2015 в 12:34
    Тема: Солярис (режиссёрская версия)
    Печально.
    Я собственно об этой версии Соляриса как-то скромно умолчал. Если вдруг кому-то понадобилась именно вот эта смонтированная версия, она тоже пока есть на ИЗВЕСТНОМ ТОРРЕНТЕ
  • Автор комментария: Rio
    Оставлен 17.05.2015 в 07:00
    Тема: Солярис (режиссёрская версия)
    Да, увы. Яндекс ликвидировал всё видео..
  • Автор комментария: Grey
    Оставлен 15.05.2015 в 13:06
    Тема: Солярис (режиссёрская версия)
    Пишет, "ролик недоступен".
    Ну и время не стоит на месте
    http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=4820379
    изданный первый вариант фильма с пояснениями отличий
    ну, и замечательная книга Салынского о вариантах Соляриса, начиная со сценариев и подробнейшим сравнением первой и официальной версии
    http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=4729146
  • Автор комментария: Rio
    Оставлен 09.05.2015 в 09:33
    Тема: С Праздником, товарищи! С Днём Победы!
  • Автор комментария: Grey
    Оставлен 01.04.2015 в 22:57
    Тема: Стерео-70: из неопубликованного



радио «горизонт событий»



загрузить m3u-файл

изображения

США. Невада. Испытания воздействия ядерного взрыва на личном составе армии США. В комментариях - видео.
США. Невада. Испытания воздействия ядерного взрыва на личном составе армии США. В комментариях - видео.

* * *

музыка [51]
рок, джаз, электронная и др.
изображения [7]
С.М.Прокудин-Горский и другие темы
стихи и песни [42]
рифмуем действительность
легендарные матчи [24]
в основном хоккейные (видео)
кинотеатр на горизонте [23]
смотрели - рекомендуем
музыка зарубежного кино [3]
из нового и не очень
отроки во вселенной [54]
дальнее и ближнее внеземелье
музыка нашего кино [134]
архив 'горизонта'
коллекция Grey-а [124]
треки из нашей кинофантастики
всякая всячина [8]
обо всём, что представляет интерес

в случайном порядке


Tranquility

... Во время тура с Yes сложилась комичная ситуация. Так как хедлайнерами на концерте выступали Yes, Tranquility было предоставлено право открывать концерты, а на десерт, естественно - Yes.

Но зрителям так нравилось выступление Tranquility, что они никак не хотели их отпускать со сцены, и кто у кого должен играть на разогреве, становилось не ясным. Тогда звукорежиссёр группы Yes, от концерта к концерту, стал потихоньку уменьшать громкость выступления Tranquility.

И к концу тура выступление группы могли слышать, разве что сами музыканты..

... собственная музыкальная судьба коллектива однако как-то не задалась, коллектив создал два шикарных альбома и канул, увы, в небытие ... >> послушать

посмотреть

Советское кино
Советская мультипликация
Случайное чудо ..

навигация

сегодня заходили



авторизоваться

Логин:
Пароль:

статистика

   Рейтинг@Mail.ru
Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0

наверх