Хаос и порядок. Порядок и беспорядок в природе
Другие рефераты
Министерство образования РФ.
Курский гуманитарно-технический институт.
Реферат по дисциплине:
«Концепция современного естествознания»
на тему: «Хаос и порядок. Порядок и беспорядок в природе».
Выполнил: студент гр.
БУЖ-11/2,5 Алдохин А. В.
Проверил:
Маркович Ю. Д.
Железногорск 2002 г.
Содержание.
1. Этимология понятия «хаос». Соотношение порядка и беспорядка в
природе. 3
1.1 Хаос как основа порядка 3
1.2 Естественные процессы 4
1.3 Хаос и порядок 6
1.4 Понятие структуры 8
2. Хаос и мифы. 12
3.Хаос и его проявления. 12
4. Причины хаоса. 18
5. Роль энтропии как меры хаоса. 20
Список использованной литературы. 21
Их либе жизнь и обожаю хаос...
И.Бродский, "Два часа в резервуаре"
Этимология понятия «хаос». Соотношение порядка и беспорядка в природе.
Хаос, понятие окончательно оформившееся в древнегреческой философии -
это трагический образ космического первоединства, начало и конец всего,
вечная смерть всего живого и одновременно принцип и источник всякого
развития, он неупорядочен, всемогущ и безлик.
1.1 Хаос как основа порядка
Рассмотрим кинетическую энергию совокупности частиц. Если вдруг
окажется, что все частицы движутся в одном и том же направлении с
одинаковыми скоростями, то вся система, подобно теннисному мячу, будет
находится в состоянии полета. Система ведет себя в этом случае аналогично
одной массивной частице, и к ней применимы обычные законы динамики, такое
движение называется движением центра масс.
Существует, однако, и другой вид движения. Можно представить себе,
что частицы системы движутся не упорядоченно, а хаотически: полная энергия
системы может быть той же самой, что и в первом случае, но теперь
отсутствует результирующее движение, поскольку направления и скорости
движения атомов беспорядочны. Если бы мы могли проследить за какой-либо
отдельной частицей, то увидели бы, что она проходит небольшое расстояние
вправо, затем, соударяясь с соседней частицей, смещается немного влево,
снова соударяется и т. д. Основная черта этого вида движения состоит в
отсутствии корреляции между движениями различных частиц; иными словами, их
движения некогерентны (неупорядочены).
Описанное случайное, хаотическое, некоррелированное, некогерентное,
неупорядоченное движение называется тепловым движением. Очевидно, понятие
теплового движения неприменимо к отдельной частице, поскольку бессмысленно
говорить о некоррелированном движении одной частицы. Иными словами, когда
мы переходим от рассмотрения движения отдельной частицы к системам многих
частиц и при этом возникает вопрос о наличии корреляций в их движениях, мы
по существу переходим от обычной динамики в новую область физики, которая
называется термодинамикой.
Итак, существует два вида движения частиц в сложных системах:
движение может быть когерентным (упорядоченным), когда все частицы движутся
согласованно (“в ногу”), или, напротив, неупорядоченным, когда все частицы
движутся хаотически.
1.2 Естественные процессы
Естественное стремление энергии к рассеянию определяет и направление,
в котором происходят физические процессы в природе. Под этим понимается
рассеяние энергии в пространстве, рассеяние частиц, обладающих энергией, и
потеря упорядоченности, свойственное движению этих частиц. Первое начало
термодинамики в принципе не отрицает возможности событий, казалось бы
противоречащих здравому смыслу и повседневному опыту: например, мяч мог бы
начать подскакивать за счет своего охлаждения, пружина могла бы
самопроизвольно сжаться, а кусок железа мог бы самопроизвольно стать более
горячим, чем окружающее пространство. Все эти явления не нарушили бы закона
сохранения энергии. Однако в действительности ни одно из них не происходит,
поскольку нужная для этого энергия, хотя и имеется в наличии, но
недоступна. Если не принимать всерьез существующий в принципе, но
чрезвычайно небольшой шанс, можно смело утверждать, что энергия никогда не
может сама по себе локализоваться, собравшись в избытке в какой-либо
небольшой части Вселенной. Однако, если бы даже произошло, еще менее
вероятно, что подобная локализация была бы упорядоченной.
Естественные процессы - это всегда процессы, сопровождающие
рассеяние, диссипацию энергии. Отсюда становится ясным, почему горячий
объект охлаждается до температуры окружающей среды, почему упорядоченное
движение уступает место неупорядоченному и, в частности, почему
механическое движение вследствие трения полностью переходит в тепловое.
Столь же просто осознать, что любые проявления асимметрии, так или иначе
сводятся к рассеянию энергии. Проявление любых диспропорций в
организационной структуре объекта приводит к образованию асимметрии как по
отношению к окружающей среде, так и для самой структуры в частности, это
может привести к увеличению потенциальной энергии или, при большом
скоплении этой энергии, к распаду системы, как противоречащей законам
природы (общества).
Организация создается из хаоса (общества) одним или несколькими
возбужденными атомами (предпринимателями) и в хаос проваливается при
ликвидации. Естественные, самопроизвольно происходящие процессы - это
переход от порядка к хаосу.
Поставим теперь следующий вопрос: сколькими способами можно
произвести перестройку внутри системы, так чтобы внешний наблюдатель не
заметил ее. Отметим, что в формулировке вопроса учтено то существенное, что
характеризует переход от мира атомов к макроскопической системе, а именно
“слепота” внешнего наблюдателя по отношению к “индивидуальностям” атомов,
образующих систему. Термодинамика имеет дело только с усредненным
поведением огромных совокупностей атомов, причем поведение каждого
отдельного атома не играет роли. Если внешний наблюдатель, изучающий
термодинамику, не заметил, что в системе произошло изменение, то состояние
системы считается неизменным. лишь “педантичный” наблюдатель , тщательно
следящий за поведением каждого атома, будет знать, что изменение все-таки
произошло.
Сделаем теперь последний шаг на пути к полному определению хаоса.
Предположим, что частицы вселенной не закреплены и могут, подобно состоянию
возбуждения и энергии, свободно перемещаться с места на место; например,
такое могло бы случиться, если бы Вселенная была газом. Предположим также,
что мы создали начальное состояние вселенной, пустив струю газа в правый
нижний угол сосуда. Интуитивно мы понимаем, что произойдет: облако частиц
начнет самопроизвольно распространяться и через некоторое время заполнит
весь сосуд.
Такое поведение вселенной можно трактовать как установление хаоса.
Газ — это облако случайно движущихся частиц (само название “газ” происходит
от того же корня, что и “хаос”). Частицы мчатся во всех направлениях,
сталкиваясь и отталкиваясь друг от друга после каждого столкновения.
Движения и столкновения приводят к быстрому рассеиванию облака, так что
вскоре оно равномерно распределяется по всему доступному пространству.
Теперь существует лишь ничтожно малый шанс, что все частицы газа когда-
нибудь спонтанно и одновременно вновь соберутся в угол сосуда, создав
первоначальную конфигурацию. Разумеется, их можно собрать в угол с помощью
поршня, но это означает совершение работы, следовательно, процесс возврата
частиц в исходное состояние не будет самопроизвольным.
Ясно, что наблюдаемые изменения объясняются склонностью энергии к
рассеянию. Действительно, теперь состояние возбуждения атомов оказалось
физически рассеянным в пространстве вследствие спонтанного рассеяния атомов
по объему сосуда. Каждый атом обладает кинетической энергией, и потому
распространение атомов по сосуду приводит и к распространению энергии.
1.3 Хаос и порядок
В химии, как и в физике, все естественные изменения вызваны
бесцельной “деятельностью” хаоса. Мы познакомились с двумя важнейшими
достижениями Больцмана: он установил, каким образом хаос определяет
направление изменений и как он устанавливает скорость этих изменений. Мы
убедились также в том, что именно непреднамеренная и бесцельная
деятельность хаоса переводит мир в состояния, характеризующиеся все большей
вероятностью. На этой основе можно объяснить не только простые физические
изменения (скажем, охлаждение куска металла), но и сложные изменения,
происходящие при превращениях вещества. Но вместе с тем мы обнаружили, что
хаос может приводить к порядку. Если дело касается физических изменений, то
под этим понимается совершение работы, в результате которой в свою очередь
могут возникать сложные структуры, иногда огромного масштаба. При
химических изменениях порядок также рождается из хаоса; в этом случае,
однако, под порядком понимается такое расположение атомов, которое
осуществляется на микроскопическом уровне. Но при любом масштабе порядок
может возникать за счет хаоса; точнее говоря, он создаетс
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
