Эволюция. Синергетика презентация

природы
Эволюция –
процесс возникновения более сложных структур из более простых

Фокус глобально-эволюционной проблематики – человек, ответственный за эволюцию

и молекул,
возникновение галактик, звезд и планет и т.д.
химическая эволюция -
образование системы химических элементов и соединений,
возникновение органических соединений,
полимеризация в цепи органических молекул

вод и т.д
эволюция протоклетки - самоорганизация биополимеров и хранение информации на молекулярном уровне, пространственная индивидуализация
дарвиновская эволюция - развитие видов животных и растений и их взаимодействие, возникновение экосистемы на Земле

организация,
техника,
общественные формации и т.д.
эволюция информации и обмена информацией-
обогащение и хранение знания,
развитие связи, науки и т.д.

этап эволюции жизни, в ходе которого органическиепервый этап эволюции жизни, в ходе которого органические, пребиотические вещества возникли из неорганических молекул

Биологическая эволюция — естественный процесс развития живой природы, сопровождающийся:
изменением генетического состава популяций,
формированием адаптацийформированием адаптаций, видообразованиемформированием адаптаций, видообразованием и вымиранием видов,
преобразованием экосистемпреобразованием экосистем и биосферы в целом

200 тыс.лет назад

появились первые доядерные организмы (прокариоты),
3 миллиарда лет назад появились первые организмы, способные к фотосинтезу,
2 миллиарда лет назад появились первые клетки, имеющие ядро (эукариоты),
1 миллиард лет назад появились первые многоклеточные организмы,
570 миллионов лет членистоногим570 миллионов лет членистоногим (предкам насекомых570 миллионов лет членистоногим (предкам насекомых, паукообразных570 миллионов лет членистоногим (предкам насекомых, паукообразных и ракообразных),
500 миллионов лет рыбам и протоамфибиям,
475 миллионов лет наземным растениям,
400 миллионов лет насекомым400 миллионов лет насекомым и семенам,
360 миллионов лет назад появились360 миллионов лет назад появились первые земноводные,
300 миллионов лет назад появились первые пресмыкающиеся (рептилии),
200 миллионов лет назад появились лет назад появились первые млекопитающие,
150 миллионов лет назад появились150 миллионов лет назад появились первые птицы,
130 миллионов лет назад появились первые цветковые растения,
65 миллионов лет назад вымерли65 миллионов лет назад вымерли нептицеподобные динозавры,
2,5 миллионов лет назад появился род Homo,
200 тысяч лет назад люди лет назад люди в результате антропогенеза обрели современный вид,
25 тысяч лет назад вымерли неандертальцы .

понятие «событие»;

3) некоторые события обладают способностью изменять ход эволюции

в любой изолированной системы возрастает до тех пор, пока не достигает максимального значения в состоянии термодинамического равновесия
dS ≥0
Формулировка 2 начала для открытых систем:
при любых граничных условиях производство энтропии положительно
diS ≥0
Итак, необратимые процессы порождают энтропию → → →

Реальные системы являются открытыми – обмениваются с окружающей средой массой и энергией.

В неравновесной термодинамике изменение энтропии
dS= diS+deS ,
где diS –энтропия, производимая внутри системы,
deS – энтропия, описывающая перенос энергии через границу систему


Жизнь связана с производством энтропии и, следовательно, с необратимыми процессами

Превзойдя порог устойчивости система попадает в критическое состояние, называемое точкой бифуркаци.

В ней система становится неустойчивой относительно флуктуации и может перейти к новой области устойчивости.

Небольшая флуктуация может послужить в этой точке началом эволюции в совершенно новом направлении, который резко изменит все поведение системы.
Это и есть событие.

на новый путь развития.
После того, как один из многих возможных вариантов выбран, вновь вступает в силу детерминизм -
и так до следующей точки бифуркации.

В судьбе системы случайность и необходимость взаимно дополняют друг друга.

процесс исторического
развития организмов

Вселенной существовало некое единое взаимодействие.
Затем разделилось на - релятивистские (гравитационные) и - квантовые силы сильное,
электромагнитное, слабое

2) Отделение сильного от электрослабого.

3) Последними разделились слабое и электромагнитное.

развития природы от менее сложных к более сложным и упорядоченным формам организации материи

В более узком понимании самоорганизация -спонтанный переход открытой неравновесной системы от простых и неупорядоченных форм организации к более сложным и упорядоченным

физике:
конечное состояние, к которому стремятся все системы, - это не хаос, как утверждалось ранее, а порядок

Главная идея синергетики - принципиальная возможность спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации

квантовой механикиШкола нелинейной оптики, квантовой механики и статистической физики Германа Хакена, с 1960 года профессора Института теоретической физики в Штутгарте.

2. Физико-химическая Физико-химическая и математико-физическая Брюссельская школа Ильи Пригожина, в русле которой:
формулировались первые теоремы (1947 г),
разрабатывалась математическая теория поведения диссипативных структур (термин Пригожина),
раскрывались исторические предпосылки и провозглашались мировоззренческие основания теории самоорганизации -парадигмы универсального эволюционизма

империя  Бельгия
Научная сфера:химияхимия, физика
Место работы:• Брюссель• Брюссель, Бельгия (1942—2003) • Остин• Остин, Техас• Остин, Техас, США (196?—2003)
Альма-матер:
Брюссельский свободный университет (фр. Université Libre de Bruxelles)
Известен как:первооткрыватель диссипативных структур
Награды и премии Нобелевская премия по химии Нобелевская премия по химии (1977)

г.) — немецкий физик-теоретик, основатель синергетики.
Доктор философии и естественных наук.
С 1960 г. по 1995 г. являлся профессором теоретической физикиС 1960 г. по 1995 г. являлся профессором теоретической физики университета Штутгарта.
До ноября 1997 г. был директором Института теоретической физики и синергетики университета Штутгарта.
С 1995 г. является почетным профессором и возглавляет Центр синергетики в этом институте, а также ведет исследования в Центре по изучению сложных систем в университе Флориды (Бока Рэтон, США). Основатель и редактор шпрингеровской серии по синергетике

состоянии, далеком от термодинамического равновесия;
открытыми - получать приток энергии, вещества и информации извне;
нелинейность внутренних процессов - возможность сверхбыстрого развития процессов в системе
наличие флуктуации -
любое колебание или любое периодическое изменение (неоднородность).

луч лазера, болезни и исцеление,
теплый свет свечи и нескончаемая изменчивость волн,
гигантское красное пятно на Юпитере
вспышка сверхновой

Нелинейность –
возможность сверхбыстрого развития процессов
в системе на определенных стадиях ее эволюции

и т. п.).
Поведение случайно и не зависит от начальных условий, но зависит от предыстории.
Приток энергии создает в системе порядок, и стало быть энтропия S ее уменьшается.
Наличие бифуркации — переломной точки в развитии системы.
Когерентность: система ведет себя как единое целое.
Каждая молекула как бы «информирована» о состоянии системы в целом.

Возникновение упорядоченности
в виде конвективных ячеек в слое
вязкой жидкости, равномерно подогреваемой снизу.

цвета реакционной смеси в реакции Белоусова — Жаботинского с ферроином

система, находящаяся вдали от термодинамического равновесия.

Возникает в неравновесной среде при условии диссипации (рассеивания) энергии, которая поступает извне.
(Требует для возникновения большого количества энергии)

Диссипативная система характеризуется спонтанным появлением сложных структур ( жизнь, разум).

возникновение упорядоченности в виде
конвективных ячеек в слое вязкой жидкости,
равномерно подогреваемой снизу.

относительно флуктуаций и возникает неопределенность:
станет ли состояние системы хаотическим или она
перейдет на новый более высокий уровень упорядоченности.

(устойчивых режимов работы), по одному из которых пойдёт система.
По какому? - заранее невозможно предсказать.
Точка бифуркации носит кратковременный характер и разделяет более длительные устойчивые режимы системы.

усложнение систем через флуктуации (случайные отклонения) состояний их элементов и подсистем.

адаптивные системы.
Флуктуации обычно подавляются за счёт отрицательных обратных связей.
ООО - обеспечивают сохранение структуры и близкого к равновесию состояния системы.

2 - Более сложные открытые системы.
Приток энергии извне и усиление неравновесности→ отклонения со временем накапливаются и вызывают эффект коллективного поведения элементов и подсистем (положительные обратные связи)

через кратковременное хаотическое состояние системы → разрушение или новый порядок

Для сложных систем в зависимости от степени сложности:
1 - либо разрушение прежней структуры,
2 - либо возникновение нового порядка.

к развитию и при получении извне чрезмерного количества энергии необратимо разрушаются.

«Биосфера – пленка жизни»
Основа организации и устойчивости биосферы -многообразие живых организмов
Усиление антропогенного воздействия на биосферу - сокращение биологического разнообразия планеты

Международной биологической программы ЮНЕСКО
Цели:
определение экологических, социальных и экономических последствий от потери биоразнообразия,
сокращение таких потерь.

Для своей работы программа использует Всемирную сеть биосферных резерватов

Озеро Кардывач. Кавказский государственный природный биосферный заповедник, один из первых заповедников на территории России, основан в 1978 году.

изменения не устраняются, а накапливаются и усиливаются → возможно возникновение нового порядка и новых структур, образованных из элементов прежней, разрушенной системы.

Этап самоорганизации наступает только в случае преобладания положительных обратных связей, действующих в открытой системе, над отрицательными обратными связями.

Отрицательная

Положительная

экосистемы,
стабильность потоков вещества и энергии между компонентами

Экваториальный дождевой лес может содержать более 5000 видов растений→

рабовладельческая, феодальная, капиталистическаяпервобытнообщинная, рабовладельческая, феодальная, капиталистическая, социалистическаяпервобытнообщинная, рабовладельческая, феодальная, капиталистическая, социалистическая, коммунистическая.

симметрии→
При описании эволюционных процессов необходимо отказаться от симметрии времени (классическая механика)
Самоорганизация в сложных и открытых — диссипативных системах, приводят к необратимому разрушению старых и к возникновению новых структур и систем
Наряду с явлением неубывания энтропии в закрытых системах это обуславливает наличие «стрелы времени» в Природе.

Термодинамическая стрела времени
возрастание беспорядка или энтропии S
Психологическая стрела времени
мы помним прошлое, а не будущее
Космологическая стрела времени
направление времени, в котором Вселенная расширяется, а не сжимается

регулирование самоорганизующихся систем

«Поддержание организации в природе не достигается …управлением из одного центра;
Порядок может поддерживаться только с помощью самоорганизации.» -
из доклада для Европейского Совета

реального.
Наша Вселенная следует по пути, включающем в себя последовательность бифуркаций.
В то время как другие миры могли избрать другие пути, нам повезло, что наша Вселенная направилась по пути, ведущему к жизни, культуре и искусству».

Илья Романович Пригожин

Никита Николаевич
Чернавский, Дмитрий Сергеевич
Самарский, Александр Андреевич