Природные Системы Реферат
Природные Системы Реферат
Для того чтобы разобраться, что происходит в экономике, и выявить наиболее важные результаты экономического процесса, необходимо упорядочение информац... полностью>>
Природные ресурсы – это средства к существованию, без которых человек не может жить и которые он находит в природе Они дают нам пищу, одежду, кров, то... полностью>>
Прежде всего следует отметить, что США отличаются очень высоким уровнем развития туризма и отдыха, чему способствует прежде всего высокий уровень экон... полностью>>
Национальный природный парк “Таганай” организован 6 марта 1991 года Располагается на территории города Златоуста и Кусинского района Его площадь соста... полностью>>
... отдельный биогеоценоз. Эта природная система , как и другие биогеоценозы ... Владивосток, 2004. Использование и охрана природных ресурсов в Хабаровском крае. - ... Н.Н., Шлотгауер С.Д., Селедец В.П. Охраняемые природные территории Дальнего Востока. - Владивосток, ...
... выделить как чисто природные , так и природно -антрапогенные и даже антропогенные участки – природные системы более низкого ... и путешествий людей. Естественная динамика природных систем. Каждая природная система , попадающая в сферу решения задач ...
... Страница Введение 4 1 Классификация природных ресурсов 5 2 Запасы природных ресурсов 5 2.1 Запасы полезных ... , на социально-экономические системы влияют и природные условия, которые хотя ... классификацию как по месту в природных системах , так и по особенностям их ...
... обмен веществом, энергией и информацией между природными системами , а также природными системами и обществом.[2] Конечно, соглашусь с ... технология, подразумевающая наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии в производстве, ...
... Содержание. Введение 3-4 Глава 1 Природные условия и природные ресурсы. 5-6 Глава 2 ... природные тела и силы, но и как экономическая категория. Природопользование как экономическая система ... конкретный для каждой природной системы предельный уровень, нарушения ...
Особенности
открытых диссипативных систем.
Самоорганизация
в открытых системах.
Порядок
и беспорядок в природе. Хаос.
Системный
подход к анализу объектов является
характерной тенденцией современного
научного познания. Зададимся вопросом:
что он даёт изучению природы как объекту
системного анализа?
Прежде всего остановимся на определении
понятия природа. Можно дать, по крайней
мере, три основных смысловых представлений
данного понятия.
Природа –
это всё сущее, весь мир в многообразии
его форм. В этом значении понятие природы
можно сравнить с такими понятиями, как
материя, Вселенная.
В более
узком смысле природа – это объект
науки, другими словами– комплексный
(системный) объект естествознания (наук
о природе). Современное естествознание
продолжает развивать научное
представления о развитии природы, её
общих, особенных и частных законах,
различных формах движения материи, о
пространственно-временной организации
её объектов, структурных уровнях в
рамках единой системы.
Наиболее
часто употребляемое смысловое
представление о природе – это совокупность
естественных условий существования
человеческого общества. Отсюда
представляется важным нахождение места
и выявление роли природы в процессе
формирования отношения к ней человека
и человеческого общества в целом.
Классическое естествознание ориентировалось
преимущественно на изучение не динамики,
а статики систем. Такой подход был
наиболее характерен для атомистической
концепции классической физики.
Атомистический взгляд опирался на
представление, что свойства и законы
движения различных природных систем
могут быть описаны свойствами тех
мельчайших элементов материи, из которых
они состоят. В начале такими простейшими
структурными элементами считались
молекулы и атомы, а затем элементарные
частицы, а в настоящее время – виртуальные
струны.
Атомистический подход имеет большое
значение для объяснения явлений природы,
однако главным в нём является строение
и структура различных систем, но не их
возникновение и развитие.
Системный и эволюционный подходы,
получившие распространение с 60-х гг. XX
столетия, основное внимание уделяют
изучению характера взаимодействия
элементов разных систем, в том числе и
биологических. Так, рождение различных
гипотез и моделей возникновения и
эволюции Вселенной стало возможным
лишь после широкого распространения
системных идей и представления о
самоорганизации открытых систем.
Система
(греч. systema – целое,
составленное из частей) – множество
элементов, находящихся в связях и
отношениях друг с другом, образующих
определённую целостность, единство.
Главное,
что определяет систему, – это взаимосвязь
и взаимодействие частей в рамках целого.
Если такое взаимодействие существует,
то допустимо говорить о системе, хотя
степень взаимодействия её частей может
быть различной. Следует также обратить
внимание на то, что каждый отдельный
объект, предмет или явление можно
рассматривать как определённую
целостность, состоящую из частей, и
исследовать как систему.
Всё
многообразие материальных систем
сводится к трём основным типам:
Кроме
этого выделяют систему биокосную
– это природная система, создаваемая
динамическим взаимоотношением организмов
и окружающей их абиотической среды
(например, биогеоценоз, экосистема) и
системы биологические.
Биологические
системы – это динамически саморегулирующиеся
и, как правило, саморазвивающиеся и
самовоспроизводящиеся биологические
образования различной сложности (от
макромолекулы до совокупности живых
организмов одновременно), обладающие,
с одной стороны, свойством целостности,
с другой соподчинённостью в составе
структурно–функциональных иерархических
уровней организации. Это всегда открытые
системы, условием существования которых
служит внутренне контролируемый обмен
веществом с окружающей средой и
прохождение внешнего по отношению к
ним потока энергии.
По
объёму и числу составных частей системы
делятся на простые и сложные .
Системы
считаются простыми если в них входит
небольшое число переменных, и поэтому
взаимоотношение между элементами
системы поддаётся математической
обработке и выведению универсальных
законов.
Сложные
системы состоят из большого числа
переменных, а следовательно, и большого
количества связей между ними. Чем оно
больше, тем труднее описать закономерности
функционирования данного объекта
(системы). Трудности изучения таких
систем обусловлены и тем обстоятельством,
что чем сложнее система, тем больше у
неё так называемых эмерджентных свойств,
то есть свойств, которых нет у её частей
и которые являются следствием их
взаимодействия и целостности системы.
Такие сложные системы изучает например
метеорология – наука о климатических
процессах. В связи со сложностью систем,
которые изучает эта наука. Процессы
образования погоды остаются малоизученными
и, отсюда, проблематичность не только
долгосрочных, но и краткосрочных
прогнозов метеообстановки. К сложным
системам относятся все биологические
системы, включая все структурные уровни
их организации от клетки до популяции.
Кроме деления
систем на простые и сложные, все системы
можно разделить на закрытые и открытые.
В отличие от закрытых, или изолированных,
открытые системы обмениваются с
окружающей средой энергией, веществом
и информацией. Все реальные системы
являются именно открытыми. В неорганической
природе они обмениваются с внешней
средой, которая также состоит из различных
систем, обладающих энергией и веществом.
В социальных и гуманитарных системах
к этому добавляется обмен информацией.
Информационный обмен осуществляется
также в биологических системах, в
частности при передаче генетической
информации.
Как
показал австрийский физик Людвиг
Больцман, из второго закона термодинамики
следует, что все реальные процессы во
Вселенной должны протекать с увеличением
энтропии. В состоянии равновесия она
максимальна. Энтропия, как показал
Больцман, характеризует степень
беспорядка в системе, чем она больше,
тем больше беспорядок. Теперь ясно, что
тепловая энергия равновесного состояния
бесполезна для совершения работы, потому
что она наиболее беспорядочна. Становится
ясным, почему все естественные процессы
в природе идут с рассеянием энергии.
Потому что это увеличивает беспорядок.
Следует, однако, заметить, что второй
закон носит статистический характер и
применим только к системам, содержащим
большое количество частиц.
Когда
энтропия системы возрастает, то,
соответственно, усиливается беспорядок
в системе. В таком случае второй закон
термодинамики постулирует: энтропия
замкнутой системы, то есть системы,
которая не обменивается с окружением
ни энергией ни веществом, постоянно
возрастает. А это означает, что такие
системы эволюционируют в сторону
увеличения в них беспорядка, хаоса и
дезорганизации, пока не достигнут точки
термодинамического равновесия, в которой
всякое производство работы становится
невозможным.
Согласно
второму закону термодинамики все
естественные процессы необратимы и
могут протекать только в одну сторону:
в строну увеличения беспорядка, то есть
в сторону теплового равновесного
состояния., из-за чего и возникает так
называемая «стрела времени».
В
открытых системах также производится
энтропия, поскольку в них происходят
необратимые процессы, но она в этих
системах не накапливается, как в закрытых,
а выводится в окружающую среду. Поскольку
энтропия характеризует степень беспорядка
в системе, постольку можно сказать, что
открытые системы живут за счёт
заимствования порядка из внешней среды.
Живые
системы для своего существования
поглощают вещество с заключённой в нём
энергией высокого качества (в виде
питания), перерабатывая которое, они
высвобождают вещество (экскременты) с
энергией «низкого качества». В результате
эта разность энергий идёт на поддержание
жизни и увеличение структурируемости.
И хотя в результате энтропия в живой
системе уменьшается, общая энтропия
живой системы и окружающей среды (за
счёт выхода «беспорядочной» энергии)
увеличивается, как и следует из второго
закона. Таким образом, если в какой-то
части системы происходят процессы,
уменьшающие энтропию (увеличивающие
организованность), то в другой части
системы обязательно протекают процессы,
её увеличивающие, так что суммарное
изменение энтропии всегда положительно.
Оказывается, что самоорганизация
систем может происходить и часто
происходит самопроизвольно. В результате
таких процессов с большей вероятностью
и произошла жизнь.
Однако
самоорганизация может происходить лишь
в сильно неравновесных диссипативных
системах в результате случайных
флуктуаций (флуктуация, лат. fluctuatio ,
– колебание, отклонение от некоторого
среднего положения) или внешних
воздействий. Наука, занимающаяся
эволюцией и возникновением таких систем,
называется синергетикой или термодинамикой
открытых неравновесных систем.
Открытые
неравновесные системы, активно
взаимодействующие с внешней средой,
могут приобретать особое динамическое
состояние – –
диссипативность (диссипация, лат.
dissipatio , – рассеяние),
которую можно определить как качественно
своеобразное макроскопическое проявление
процессов, протекающих на микроуровне.
Неравновесное протекание множества
микропроцессов приобретает некоторую
интегративную результирующую на
макроуровне, которая качественно
отличается от того, что происходит с
каждым отдельным её микроэлементом.
Благодаря диссипативности в неравновесных
системах могут спонтанно возникать
новые типы структур, совершатся переходы
от хаоса и беспорядка к порядку и
организации, возникать новые динамические
состояния материи.
Диссипативность
проявляется в различных формах: в
способности «забывать» детали некоторых
внешних воздействий, в «естественном
отборе» среди множества микропроцессов,
разрушающем то, что не отвечает общей
тенденции развития; в когерентности
(согласованности) микропроцессов,
устанавливающий их некий общий темп
развития, и др.
Понятие
диссипативности тесно связано с понятием
параметров порядка. Самоорганизующиеся
системы – это обычно очень сложные
открытые системы, которые характеризуются
огромным числом степеней свободы. Однако
далеко не все степени свободы системы
одинаково важны для её функционирования.
С течением времени в системе выделяется
небольшое количество ведущих, определяющих
степеней свободы, к которым «подстраиваются»
остальные. Такие основные степени
свободы системы получили название
параметров порядка.
В процессе
самоорганизации возникает множество
новых свойств и состояний. Очень важно,
что обычно соотношения, связывающие
параметры порядка, намного проще, чем
математические модели, детально
описывающие всю новую систему. Это
связано с тем, что параметры порядка
отражают содержание оснований
неравновесной системы. Поэтому задача
определения параметров порядка – одна
из важнейших при конкретном моделировании
самоорганизующихся систем.
После
открытия самоорганизации в простейших
системах неорганической природы стало
ясным, что весь окружающий нас мир и
Вселенная представляют собой совокупность
разнообразных самоорганизующихся
процессов, которые служат основой любой
эволюции.
Современная
наука процесс самоорганизации систем
определяет следующим образом:
Система
должна быть открытой, потому что закрытая
изолированная система в соответствии
со вторым законом термодинамики в
конечном итоге должна придти в состояние,
характеризуемое максимальным беспорядком
или дезорганизацией.
Открытая
система должна находиться достаточно
далеко от точки термодинамического
равновесия. Если система находится в
точке равновесия, то она обладает
максимальной энтропией и потому не
способна к какой-либо организации: в
этом положении достигается максимум
её самодезорганизации. Если же система
расположена вблизи или недалеко от
точки равновесия, то со временем она
приблизится к ней и в конце концов
придёт в состояние полной дезорганизации.
Если
упорядочивающим принципом для
изолированных систем является эволюция
в сторону увеличения их энтропии или
усиления их беспорядка (принцип
Больцмана), то фундаментальным принципом
самоорганизации служит, напротив,
возникновение и усиление порядка через
флуктуации. Такие флуктуации, или
случайные отклонения системы от
некоторого среднего положения, в самом
начале подавляются и ликвидируются
системой. Однако в открытых системах
благодаря усилению неравновесия эти
отклонения со временем возрастают и в
конце концов приводят к «расшатыванию»
прежнего порядка и возникновению
нового. Этот процесс обычно характеризуют
как принцип организования порядка
через флуктуации. Поскольку флуктуации
носят случайный характер ( а именно с
них начинается возникновение нового
порядка и структуры) то становится
ясным, что появление нового в мире
всегда связано с действием случайных
факторов.
В отличие
от принципа отрицательной обратной
связи, на котором основывается управление
и сохранение динамического равновесия
систем, возникновение самоорганизации
опирается на диаметрально противоположный
принцип – положительную обратную
связь, согласно которому изменения,
появляющиеся в системе, не устраняются,
а напротив накапливаются и усиливаются,
что и приводит в конце концов к
возникновению нового порядка и структуры.
Процессы
самоорганизации, как и переходы от
одних структур к другим, сопровождаются
нарушением симметрии. Мы уже видели,
что при описании необратимых процессов
пришлось отказаться от симметрии
времени, характерной для обратимых
процессов в механике. Процессы
самоорганизации, связанные с необратимыми
изменениями, приводят к разрушению
старых и возникновению новых структур.
Самоорганизация
может начаться лишь в системах обладающих
достаточным количеством взаимодействующих
между собой элементов и, следовательно,
имеющих некоторые критические размеры.
В противном случае эффекты от
синергетического взаимодействия будут
недостаточны для появления кооперативного
(коллективного) поведения элементов
системы и тем самым возникновения
самоорганизации.
Перечисленные
выше условия безусловно являются
необходимыми для возникновения
самоорганизации в различных природных
системах. Но конечно же недостаточными.
Так, в химических и биологических
самоорганизующихся системах важная
роль отводится факторам ускорения
химических реакций (процессы катализа).
Главная
идея синергетики (предметом коей являются
самоорганизующиеся системы) – это идея
о принципиальной возможности спонтанного
возникновения порядка и организации
из беспорядка и хаоса в результате
процесса самоорганизации. Решающим
фактором самоорганизации является
образование петли положительной обратной
связи системы и среды. При этом система
начинает самоорганизовываться и
противостоит тенденции её 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 (вместе
с другими связями – взаимный катализ,
отрицательная обратная связь и др.)
составляют саму основу жизни.
Становление
самоорганизации во многом определяется
характером взаимодействия случайных
и необходимых факторов системы и её
среды. Система самоорганизуется не
гладко и просто, не неизбежно.
Самоорганизация переживает и переломные
моменты – точки бифуркации. Вблизи
точек бифуркации в системах наблюдаются
значительные флуктуации, роль случайных
факторов резко возрастает.
В
переломный момент самоорганизации
принципиально неизвестно, в каком
направлении будет происходить дальнейшее
развитие: станет ли состояние системы
хаотическим или она перейдёт на новый,
более высокий уровень упорядоченности
и организации (фазовые переходы и
диссипативные структуры – лазерные
пучки, неустойчивости плазмы, флаттер,
химические волны, структуры в жидкостях
и др.). В точке бифуркации система как
бы «колеблется» перед выбором того или
иного пути организации, пути развития.
В таком состоянии небольшая флуктуация
(момент случайности) может послужить
началом эволюции (организации) системы
в некотором определённом (и часто
неожиданном или просто маловероятном)
направлении, одновременно отсекая при
этом возможности развития в других
направлениях.
Как
выясняется, переход от Хаоса к Порядку
вполне поддаётся математическому
моделированию. И более того, в природе
существует не так уж много универсальных
моделей такого перехода. Качественные
переходы в самых различных сферах
действительности ( в природе и обществе
– его истории, экономике, демографических
процессах, духовной культуре и др.)
подчиняются подчас одному и тому же
математическому сценарию.
Синергетика
убедительно показывает, что даже в
неорганической природе существуют
классы систем, способных к самоорганизации.
История развития природы – это история
образования всё более и сложных нелинейных
систем. Такие системы и обеспечивают
всеобщую эволюцию природы на всех
уровнях её организации – от низших и
простейших к высшим и сложнейшим
(человек, общество, культура).
Многообразие
материальных систем, охватывающих
неживую и живую природу, пространство
и время, человеческое общество,
предполагает их функционирование в
рамках единых законов природы. В
разработку последних внесли свой вклад
фундаментальные естественно-научные
дисциплины – физика, химия, биология,
а также математика.
Особую
роль в описании структуры и принципов
функционирования природных систем
играют системный и эволюционный подходы.
Прогресс науки в развитии этого
направления определился лишь после
широкого распространения идей и
представлений о динамике открытых
диссипативных систем, о самоорганизации
открытых систем, о динамических открытых
системах в биологии. Одним из ключевых
положений, развиваемых в рамках системного
подхода к описанию природных явлений,
заключается в том, что поведение систем
в зависимости от внешнего воздействия
определяется обратными связями.
Одна
из отраслей физики – термодинамика,
выделяет три типа термодинамических
систем: замкнутые, закрытые и открытые.
Индивидуальные свойства этих систем
нашли своё обобщение и теоретическое
объяснение в законах и классической
термодинамики. Согласно второму закону
все естественные процессы необратимы
и могут протекать только в одну сторону
(в сторону увеличения беспорядка
системы), из-за чего и возникает «стрела
времени».
Новая
термодинамика открытых систем дала
исчерпывающее объяснение процессу
самоорганизации и назвала те условия,
которые являются необходимыми для его
реализации. Например возникновение
самоорганизации опирается на принцип
положительной обратной связи, согласно
которому изменения, появляющиеся в
системе, не устраняются а напротив,
накапливаются и усиливаются, что приводит
к возникновению новой структуры системы.
Система,
в которую поступает энергия, превращающаяся
в тепло, получила название диссипативной
открытой системы, основные свойства
которой определяются составом структурных
элементов, притоком энергии и факторами
внешней среды.
На
базе управления сложными системами с
обратной связью, которая повышает
степень внутренней организованности
системы, возникла наука кибернетика.
Кондратьев
М. Н. «Концепции современного
естествознания», курс лекций, часть 2.
Изд-во МСХА, 1999 г.
Найдыш В.М.
«Концепции современного естествознания»,
уч. пособие, М: Гардарики 2001 г.
Горелов А.
А. «Концепции современного естествознания»,
уч. пособие для студентов ВУЗ-ов. М:
Гуманитарный издательский центр
«Владос» 2000 г.
Природные системы - Реферат
Природные системы
Природные системы
Природные системы - Рефераты
Реферат Типы природных систем и их характеристики.docx
Педагогическая Поэма Макаренко Эссе
Отчеты Магистра О Практике Огу
Сочинение Огэ На Тему Бездушие
Отчет По Производственной Практике Юриста В Ооо
Как Избежать Речевых Ошибок В Сочинении