Самоорганизация живой и неживой природы - Реферат

В настоящее время в научном сознании утверждается представление о Вселенной как единой целостной системе, в которой с момента ее возникновения примерно 20 миллиардов лет назад непрерывно протекают процессы самоорганизации и саморазвития. Древнегреческие философы именовали Вселенную Космосом (в переводе порядок, красота) в отличие от Хаоса, предшествовавшего его появлению. Предполагается наличие Вселенной и за пределами космологического горизонта, под которым понимаются пространственно-временные границы эмпирико-информационного охвата Вселенной. В ходе расширения, которое продолжается и поныне, менялись физические условия, падала температура и плотность, формировались элементарные частицы, атомы и молекулы, затем туманности, положившие начало галактикам, звездам, планетам, и так далее вплоть до возникновения осмысляющего эту Вселенную человека. Применение к такой модели космологии, в которой Вселенная подчиняется геометрии с отношениями симметрии между пространством - временем и материей - энергией, приводит к бесконечным значениям температуры, давления и плотности.Гравитационная конденсация в одном из них привела к образованию 5 миллиардов лет назад Солнца и других составных частей Солнечной системы. После выделения Солнца в качестве центра системы продолжалась трансформация остатков протопланетного облака. Так сформировались планеты (их 9) и спутники планет (число их все время увеличивается благодаря систематическим наблюдениям), а также малые тела Солнечной системы - кометы, астероиды, метеоры. Наземные наблюдения и исследования непосредственно в космосе приводят к выявлению все более сложной и тонкой структурной организации Солнечной системы. Малые тела Солнечной системы (по сути дела, отходы процесса ее формирования) хранят уникальную информацию о составе первичной газопылевой туманности и обладают высокой степенью общности с разнообразными космическими объектами.Согласно антропному принципу, Вселенная должна обладать такими свойствами, чтобы на определенном этапе ее эволюции могли возникнуть жизнь и сознание. «Слабый» антропный принцип утверждает: если бы Вселенная была другой, жизнь не возникла. Применительно к Земле это означает, что отбор в процессах саморазвития земной материи неотвратимо направлял их к формированию живого вещества как этапа эволюции всей Вселенной. Многочисленные эксперименты свидетельствуют, что естественно протекавшие на Земле физико-химические процессы с высокой степенью вероятности обеспечили предопределенность самозарождения жизни. Сам факт возникновения жизни на Земле подтверждает, что она - естественный результат самоорганизации материи и тем самым - космическое явление.Без учета самоорганизации невозможно понять эволюцию человеческого общества и уяснить смысл происходящих событий в современном мире, в котором человек постоянно находится в ситуации неопределенности, поиска ответа на непрерывно возникающие проблемы и часто сталкивается с отсутствием таковых. Самоорганизация - это способность общества без специфического воздействия извне обрести функциональную структуру, необходимую для его существования и развития (под специфическим понимается внешнее воздействие, навязывающее системе структуру и функционирование). По сути, самоорганизацию в обществе можно определить как объединение людей ради осуществления общих интересов и целей без внешнего принуждения (по собственному побуждению), когда есть общественная потребность Процесс структурирования общества также должен происходить на основе самоопределения его членов. Самоорганизация характеризует внутреннее состояние системы, возникающее вследствие реализации имманентных тенденций развития благодаря взаимодействию ее подсистем и элементов, и присуща только открытым неравновесным динамическим системам. Постепенно приходит осознание, что нестабильность и стабильность, беспорядок и порядок в природе и обществе равно имманентны миру, в котором они существуют, неразрывно сопутствуют друг другу, перетекая одно в другое.Рассмотрение процессов самоорганизации на разных уровнях организации материи, от Вселенной в целом до человеческого общества, показывает наличие фундаментальной связи между различными видами самоорганизации и существовании процесса глобальной эволюции. Самоорганизация - это скачкообразные природные процессы, переводящие открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем упорядоченности по сравнению с исходным. Ключ к пониманию процессов самоорганизации находится в исследовании взаимодействия открытых систем с окружающей средой.

Содержание

Введение

1. Происхождение и структурирование Вселенной

2. Формирование Солнечной системы, возникновение Земли

3. Зарождение и эволюция жизни на Земле

4. Самоорганизация человеческого общества

Заключение

Список использованной литературы

В настоящее время в научном сознании утверждается представление о Вселенной как единой целостной системе, в которой с момента ее возникновения примерно 20 миллиардов лет назад непрерывно протекают процессы самоорганизации и саморазвития. Одним из важнейших их результатов является возникновение Человека. В свете новейших научных данных полагают, что эволюция микро-, макро- и мегамира взаимосвязаны и взаимообусловлены (соответственно, и человека как составной их части). Древнегреческие философы именовали Вселенную Космосом (в переводе порядок, красота) в отличие от Хаоса, предшествовавшего его появлению. Согласно современной космологической картине мира весь существующий материальный мир, т.е. Вселенная, безграничен во времени и пространстве и бесконечно разнообразен по формам материи. Наблюдаемую нами часть Вселенной называют Метагалактикой. Предполагается наличие Вселенной и за пределами космологического горизонта, под которым понимаются пространственно-временные границы эмпирико-информационного охвата Вселенной.

Общие теории самоорганизации появились лишь в 1970-е годы. К их созданию ученые шли разными путями: Г. Хакен, создатель синергетики, - из квантовой электроники и радиофизики; И. Пригожин, основатель неравновесной термодинамики, - из анализа специфических химических реакций. Были ученые, изучавшие эти процессы: в биологии - М. Эйген, в метеорологии - Е. Лоренц. Постепенно эти ученые начали выходить за рамки своих узких дисциплин, стали замечать аналогию между математическими моделями и концептуальными системами, описывающими разные на первый взгляд процессы. Так стало формироваться убеждение, что во всех этих явлениях есть единая основа, позволяющая создать общую теорию самоорганизации материи. Этому способствовал и системный подход, утвердившийся к этому времени в науке. Созданная теория самоорганизации очень хорошо дополняла системный подход.

1. Происхожение и структурирование Вселенной

Человек с незапамятных времен стремился к постижению Вселенной. Разработка классической космологии как науки принадлежит И. Ньютону, который постулировал абсолютность пространства и времени, их независимость от материальных объектов и процессов. Им утверждалось также, что изменяться могут конкретные космические системы, но не Вселенная в целом. С помощью космологии Ньютона удаетесь достичь подлинных триумфов в понимании мира человеком. Однако стали понятны и ее пределы, проявились т.н. космологические парадоксы, вытекавшие из теории : 1) гравитационный - наличие бесконечного потенциала тяготения; 2) фотометрический - бесконечно большая светимость ночного неба. Парадоксы были разрешены после создания А. Эйнштейном релятивистской теории тяготения - общей теории относительности (ОТО). Если в нерелятивистской картине мира пространство и время являются своеобразной ареной, на которой разыгрываются физические процессы, не влияющие на них, то в релятивистской - распределение и движение материи изменяют геометрические свойства пространства, времени и, в свою очередь, зависят от них. Космологическая модель Эйнштейна предполагала однородность и изотропию пространства и неизменность ее свойств во времени. Однако А.А. Фридман показал, что в общем случае решение зависит от времени и статическая модель Эйнштейна есть лишь частный случай нестационарной модели Вселенной, положенной затем в основу концепции расширяющейся Вселенной. Многочисленные наблюдения подтвердили нестационарность нашей Метагалактики и наличие у нее двух фундаментальных свойств (основных космологических постулатов) - однородности и изотропности. Под наблюдаемой Вселенной понимается не только оптически наблюдаемая (доступная человеческому глазу, усиленному разнообразными оптическими приборами), но и постигаемая с помощью инструментов, работающих в различных областях спектра: радио-, гамма-, рентгено-, нейтрино-Вселенная. Тем самым расширяются возможности экспериментальной проверки теоретических положений и отодвигается космологический горизонт. С момента получения Фридманом нестационарных космологических решений возникла проблема сингулярностей. Сингулярная точка есть максимум на кривой состав-свойство, в котором первая производная свойства по составу претерпевает разрыв. Для гравитирующей материи это означает реализацию вытекающего из ОТО предсказания, что в прошлом существовала сингулярность, которая представляла собой начало наблюдаемой Вселенной, известное под названием «Большой взрыв». Отсюда ведется отсчет эволюции Вселенной, всех связанных с нею проблем. По теории, описывающей «Большой взрыв», 20 млрд. лет назад наша Вселенная была сосредоточена в чрезвычайно малом объеме. Состояние материи - частиц и излучения - соответствовало невообразимо высоким температурам и плотности. Из имеющихся на сегодня данных невозможно пока объяснить возникновение подобной концентрации материи. Процессы, реализовывавшиеся с момента, когда прошло 10-43 (десять в степени минус 43) секунд после начала взрыва, описываются известными законами физики. Что было до этого времени, науке еще предстоит выяснить. Считается, что первичный взорвавшийся шар состоял из частиц сверхвысоких энергий - материнского материала для звезд и галактик. В ходе расширения, которое продолжается и поныне, менялись физические условия, падала температура и плотность, формировались элементарные частицы, атомы и молекулы, затем туманности, положившие начало галактикам, звездам, планетам, и так далее вплоть до возникновения осмысляющего эту Вселенную человека.

В ходе теоретических и экспериментальных исследований модель «Большого взрыва» стала столь же хорошо обоснованной как классическая небесная механика. Однако остается открытым вопрос: продолжается ли расширение беспредельно либо сменяется сжатием? Отсюда вытекает еще одна неясность: является безграничное пространство Вселенной замкнутым (конечным) или открытым (метрически бесконечным)? Существуют поэтому модели «расширяющейся», «сжимающейся» и «пульсирующей» Вселенной. Выбор между ними определяется соотношением средней плотности материи Метагалактики и некоторого критерия. В последние годы сделан ряд открытий, приведших к пересмотру сделанных прежде оценок массы Вселенной. Так, в 1965 году было обнаружено «реликтовое излучение» - прямой свидетель «Большого взрыва». Это излучение, состоящее из фотонов с температурой 2,7 градуса Кельвина, и плотность которого такова, что на каждую из частиц, составляющих материальную Вселенную, приходится миллиард подобных фотонов. Затем появились косвенные свидетельства наличия у нейтрино массы покоя, отличной от нуля. Наконец, зафиксированы проявления т.н. «скрытой массы» Вселенной, превышающей наблюдаемую ее массу. Все это позволяет утверждать, что для нашего мира реализуется «расширяющаяся модель» Вселенной. Применение к такой модели космологии, в которой Вселенная подчиняется геометрии с отношениями симметрии между пространством - временем и материей - энергией, приводит к бесконечным значениям температуры, давления и плотности. Однако, по мнению И. Пригожина, своеобразная термодинамическая структура Вселенной приводят к другой гипотезе: не является ли огромная выработка энтропии, которая знаменует ее начальный период («Большой взрыв»), всего лишь энергетической ценой, заплаченной за переход к существованию нашей материальной Вселенной, за необратимость ее возникновения из первичной пустоты. В унисон звучит точка зрения С. Хокинга, что в момент создания Вселенная могла находиться в упорядоченном состоянии и со временем перейти в состояние неоднородное и неупорядоченное, чем объясняется существование термодинамической стрелы времени. При этом он подчеркивает, что она направлена одинаково с космологической стрелой времени, т.е. беспорядок нарастает во времени в том же направлении, в каком расширяется Вселенная. Причиной беспорядка является отсутствие границы у Вселенной (введение его позволяет обойтись минимумом физической информации). Хокинг утверждает, что только в фазе расширения Вселенной создаются условия для существования разумной жизни. В ходе эволюции Вселенной совершался самоотбор мировых констант, сделавший топологическую структуру нашего пространства - времени благоприятной для возникновения и расцвета жизни. По образному выражению И.С. Шкловского, невольно напрашивается сравнение с каким-то гигантским геном, в котором была закодирована вся будущая невероятно сложная история материи во Вселенной.

После «Большого взрыва» происходило экспоненциальное (или инфляционное) расширение Вселенной, в ходе которого ее размеры резко увеличились, а флуктуации плотности, оставаясь сначала небольшими, стали потом расти. Благодаря этому возникли области с некоторой избыточной массой, сдерживавшей своим гравитационным притяжением расширение областей пространства, где они находились. В итоге эти области прекратили расширение, а их последующий коллапс привел к формированию галактик, звезд, планетных систем.

Наша Метагалактика, как следует из последних измерений, имеет радиус порядка 10-28 (десять в двадцать восьмой степени) км и обладает чрезвычайно сложной структурой. Это звезды с планетными системами (или без них), галактики, скопления и сверхскопления галактик, газопылевые туманности, газовые облака. Высказываются предположения об ячеистой структуре Метагалактики, подобной сети, в узлах которой находятся сверхскопления галактик. Активно утверждается понимание физического вакуума как набора потенциальных возможностей проявления свойств реальных частиц и физических полей, которые в их конкретном выражении задаются условиями конкретного этапа развития Вселенной. В основе подобной трактовки лежит признание уникальной целостности и неделимости мира, что позволяет развивать в рамках квантовой теории гравитации представление о происхождении Вселенной из вакуума во всем многообразии ее современной структуры. С ним связана и теория струн или суперструн, развиваемая математиками с 1976 года. Струна описывается как форма материи при весьма высоких значениях энергии и плотности. Диаметр струны может быть 10-29 (десять в степени минус 29) см, плотность 1022 (десять в степени 22) грамм на сантиметр длины. Вокруг струны образовывается конус гравитационного поля, поскольку она может изгибаться, деформируя структуру пространства - времени. Возможно, звездные и галактические скопления в виде волокон либо пучков волокон, образующие «стяжки» между узлами упоминавшейся выше ячеистой структуры, есть физический аналог подобных суперструн. Объектами, наиболее близкими к начальным стадиям формирования Метагалактики, являются, видимо, туманности. Это облака разреженных газов и пыли, обычно находящиеся внутри галактик. Часто в газовой туманности либо возле нее расположена очень горячая звезда. Во многих участках пространства, прежде считавшимися свободными от каких-либо объектов, с помощью радиотелескопов обнаружены гигантские скопления молекулярного гача: водорода с вкраплениями молекул окиси углерода, воды, метанола и формальдегида. Предполагают, что они возникли при взрыве звезд в центре Метагалактики, затем произошел их дрейф на периферию. Не исключено, что в таких облаках происходит процесс рождения новых звезд, т.е. начинается новый виток непрерывной трансформации структурной организации Метагалактики.

В результате гравитационной конденсации облаков газа и пыли образовались протозвезды, их сжатие положило начало термоядерному синтезу энергии в центре звезды (данная проблема до конца не разрешена) и ее превращению в собственно звезду - небесное светило. Звезды классифицируют по размерам, светимости, спектру, переменности и ряду других признаков. Некоторые из них определяют дальнейшую судьбу звезды. Постоянная «борьба» между давлением излучения и силами тяготения может превратить звезду в гиганта, а затем в белого карлика (такова судьба нашего Солнца). Для массивных звезд реализуется гравитационный коллапс с преобразованием в нейтронную звезду (с предварительной вспышкой как сверхновой). Ее радиус может быть всего 20 км (радиус Солнца 696000 км).С быстровращающимися нейтронными звездами связывают радиопульсары - источники импульсного электромагнитного излучения. Открытие их было поначалу принято за сигналы от других цивилизаций благодаря соблюдению периодичности повторения импульсов. Звездная эволюция происходит несколько иными путями в тесных двойных звездных системах, где открыты гамма-пульсары и рентгеновские пульсары. Еще один класс уникальных объектов - квазары (квази-звезды). Обладая чрезвычайно малыми угловыми размерами и находясь на очень большом расстоянии от Солнечной системы, они излучают в десятки раз больше энергии, чем самые мощные галактики. При неограниченном гравитационном сжатии наступает конечная стадия эволюции для массивных звезд - коллапс до состояния черных дыр. Черная дыра, возможность существования которой вытекает из ОТО, выступает как абсолютно поглощающее тело, она только вбирает в себя вещество и излучение, а ее собственное излучение заперто гравитацией. Данный космический объект можно обнаружить по его тяготению либо по тормозному излучению падающего извне газа. Появились сведения об открытии черной дыры Лебедь Х-1. Антиподом черных дыр являются также предсказанные теорией белые дыры. Они должны обладать очень коротким временем жизни (так, при массе, равной солнечной, это примерно одна стотысячная секунды). Сопоставление пары «черная дыра - белая дыра» связано с развитием представлений о множественности Миров и многомерности Вселенной. Вещество и излучение, поглощенное черной дырой в нашей Вселенной, может быть выброшено через белую дыру, принадлежащую Вселенной, существующей параллельно нашей в другом измерении.

Описанные взаимосвязи и взаимопереходы различных уровней структурной организации материи и форм ее движения в Метагалактике являются подтверждением материального единства мира, показывают роль процессов саморазвития и самоорганизации. Они реализуются в ходе возникновения и преобразования звездных скоплений. Это группы звезд, связанные силами тяготения, имеющие совместное происхождение и близкий химический состав. Среди них выделяются шаровые (до сотен тысяч звезд) и рассеянные (до сотен звезд) скопления. К числу самых молодых образований относятся звездные ассоциации, объединяющие определенные типы звезд (горячие и переменные), имеющие единое происхождение. До сотен тысяч звезд включают звездные системы - галактики. Они подразделяются на спиральные (как наша, называемая также Млечным путем), эллиптические и неправильные, выделяют также компактные. Галактика может быть окружена короной (или гало) - совокупностью шаровых звездных скоплений и звезд либо разреженной средой, состоящей из газа, быстрых электронов и космических лучей. Полагают, что в Метагалактике несколько миллиардов галактик образующих скопления (группы) и сверхскопления (сверхгруппы), с которыми связывают представления о крупномасштабной структуре Вселенной. При этом понимание их происхождения и эволюции входит в число ключевых проблем космологии, поскольку связано с первичными неоднородностями. Речь идет о гравитационной нестабильности и формировании скоплений вещества вне зависимости от хаббловского расширения и задается геометрической структурой начального случайного поля плоскостных гравитационных флуктуаций. Таким образом, к числу факторов, обусловивших неоднородность и крупномасштабную структуру, относятся гравитационные флуктуации, аномалии в распределении «скрытой массы», флуктуации фоновых излучений. Каждый из этих факторов мог «запустить» механизм самоорганизации, который уже по собственным законам формировал наблюдаемый ныне рисунок звездного неба. Сходные механизмы работали при формировании Солнечной системы или, в более общем плане, гипотетических планетных систем других звезд.

Рассмотрение процессов самоорганизации на разных уровнях организации материи, от Вселенной в целом до человеческого общества, показывает наличие фундаментальной связи между различными видами самоорганизации и существовании процесса глобальной эволюции.

Самоорганизация - это скачкообразные природные процессы, переводящие открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем упорядоченности по сравнению с исходным. Ключ к пониманию процессов самоорганизации находится в исследовании взаимодействия открытых систем с окружающей средой.

Особое значение для утверждения этих взглядов в науке сыграла модель развивающейся Вселенной, в соответствии с которой в ее развитии ясно просматривается нарастающее усложнение строения. В первые мгновения после Большого взрыва Вселенная представляла собой смесь элементарных частиц, свободно превращавшихся друг в друга при гигантской температуре. Затем, по мере снижения температуры, появились существующие сегодня элементарные частицы, ядра атомов водорода и гелия и, наконец, сами атомы этих элементов. Далее однородная газовая смесь, которой была Вселенная, начала уплотняться и превратилась в галактики и звезды. Внутри звезд образовались все остальные химические элементы, после чего стало возможным появление планет. На некоторых из них (по крайней мере, на Земле) смогла появиться жизнь, а затем и разум. Таким образом, открытия в космологии подтверждали, что самоорганизация является фундаментальным принципом Природы, лежит в основе наблюдаемого развития от менее сложных к более сложным и упорядоченным формам организации вещества.

1. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов / Под ред. проф. В.Н. Лавриненко, проф. В.П. Ратникова. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. - 317 с.

2. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебник. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2004. - 622 с. (в пер.)

3. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Синергетика как новое мировидение: диалог с И.Пригожиным // Вопросы философии. М.:Наука. - 1992. - С.3-20.

4. Пальмина Н.П., Белов В.В., Жерновков В.Е., Мальцева Е.Л. О механизмах действия биологически активных веществ в сверхнизких концентрациях // Тезисы докладов IV Международного симпозиума «Механизмы действия сверхмалых доз». 28-29 октября 2008 г.. - М: РУДН. - С.83.

5. Пригожин И. От существующего к возникающему. Время и сложность в физических науках. М.:Едиториал УРСС, 2002. - 288 с. (Серия «Синергетика: от прошлого к будущему).

Размещено на .ru