Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
76.Понятие симметрии
Симметрия - это неизменность
(инвариантность) каких-либо свойств и
характеристик объекта по отношению к
каким-либо преобразованиям
(операциям) над ним. в широком смысле
симметрия - это понятие, отображающее
существующий в объективной
действительности порядок, определенное
равновесное состояние, относительную
устойчивость, пропорциональность и
соразмерность между частями целого.
Противоположным понятием является
понятие асимметрии, которое отражает
существующее в объективном мире
нарушение порядка, равновесий,
относительной устойчивости,
пропорциональности и соразмерности
между отдельными частями целого,
связанное с изменением, развитием и
организационной перестройкой Уже
отсюда следует, что асимметрия может
рассматриваться как источник развития,
эволюции, образования нового.
Симметрия может быть не только
геометрической. Различают
геометрическую и динамическую формы
симметрии (и, соответственно,
асимметрии). К геометрической форме
симметрии (внешние симметрии)
относятся свойства пространства
времени, такие как однородность
пространства и времени, изотропность
пространства, эквивалентность
инерциальных систем отсчета и т.д. К
динамической форме относятся
симметрии, выражающие свойства
физических взаимодействий, например,
симметрии электрического заряда,
симметрии спина и т.п. Калибровочные
симметрии. Важным понятием в
современной физике является понятие
калибровочной симметрии.
Калибровочные симметрии связаны с
инвариантностью относительно
масштабных преобразований
77, Симметрия и асимметрия живого
Современное естествознание пришло еще
к одному важному открытию, связанному
с симметрией и касающемуся отличия
живого от неживого- Дело в том, что
«живые» молекулы, т.е. молекулы
органических веществ, составляющих
живые организмы и полученные в ходе
жизнедеятельности, отличаются от
«неживых», т.е. полученных
искусственно, отличаются зеркальной
симметрией. Неживые молекулы могут
быть как зеркально симметричны, так и
зеркально асимметричны, как, например,
левая и правая перчатка. Это свойства
зеркальной асимметрии молекул
называется киральностью, или
хиральностью (греч.спе!го5 - рука).
Неживые киральные молекулы
встречаются в Природе как в «левом» так
и в «правом» варианте, т.е. они кирально
нечистые. «Живые» молекулы могут быть
только одной ориентации - «левой» или
«правой», т.е. здесь говорят о киральноЙ
чистоте живого. Например, молекула
ДНК, как известно, имеет вид спирали, и
эта спираль всегда правая. У глюкозы,
образующейся в организме
правовращающая форма, у фруктозы -
левовращающая. Следовательно,
важнейшая способность живых
организмов - создавать кирально чистые
молекулы. По современным
представлениям именно киральность молекул определяет биохимическую границу между живым и неживым.
78. Симметрия пространства -
времени и законы сохранения
Одной из важнейших особенностей
геометрических симметрии является их
связь с законами сохранения. Значение
законов сохранения (законы сохранения
импульса, энергии, заряда и др.) для
науки трудно переоценить. Теорема
Петер. В 1918 г, работая в составе группы
по проблемам теории относительности,
доказала теорему, упрощенная
формулировка которой гласит если
свойства системы не меняются
относительно какого-либо
преобразования переменных, то этому
соответствует некоторый закон
сохранения. Рассмотрим переходы от одной инерциальной системы к другой: 1.Сдвиг начала координат. Это связано с физической эквивалентностью всех точек пространства, т.е. с его однородностью. В этом случае говорят о симметрии относительно переносов в пространстве. 2.Поворот тройки осей координат. Эта возможность обусловлена одинаковостью свойств пространства во всех направлениях, т.е. изотропностью пространства и соответствует симметрии относительно поворотов. 3. Сдвиг начала отсчета по времени, соответствующий симметрии относительно переноса по времени. Этот вид симметрии связан с физической эквивалентностью различных моментов времени и однородностью времени, т.е. его равномерным течением во всех инерциальных системах -отсчета. ^.Равномерное прямолинейное движение начала отсчета со скоростью V, т.е. переход от покоящейся системы к системе, движущейся равномерно и прямолинейно. Это возможно, т.к. такие системы эквивалентны. Такую симметрию условно называют изотропностью пространства-времени.
79. Нарушение симметрии как
источник самоорганизации
Взаимосвязь симметрии и асимметрии
рассматривается современной наукой в
различных аспектах, охватывающих
саморазвитие материи на всех ее
структурных уровнях. Так современное
синергегичеосое видение эволюции
Вселенной основано на идее о т.н.
спонтанном нарушении симметрии
исходного вакуума. Под исходным
вакуумом понимают состояние материи
до большого Взрыва, когда вся материя
была представлена физическим
вакуумом. В настоящее время считается,
что истинный физический вакуум - это
состояние материи с наименьшей
энергией. Идея спонтанного нарушения
симметрии исходного вакуума означает
отход от общепринятого представления о
вакууме как о состоянии, в котором
значение энергии всех физических полей
равно нулю. Здесь признается
возможность существования состояний с
наименьшей энергией при отличном от
нуля значении некоторых физических
полей и возникает представление о
существовании вакуумных конденсатов -
состояний с отличным от нуля средним
значением энергии. Спонтанное
нарушение симметрии означает, что при
определенных макроусловиях
фундаментальные симметрии
оказываются в состоянии неустойчивости, а платой за устойчивое состояние является асимметричность вакуума. (Для такого вакуума введен термин «ложный вакуум»).
80. концепция самоорганизации • науке
На предыдущих лекциях при рассмотрении
самых различных вопросов из разных
областей естествознания мы не раз
обращались к понятию самоорганизация,
которое неразрывно связано с понятиен
эволюции систем. Теперь возникает
следующая проблема: каковы механизмы
самоорганизации этих систем? Концепция
самоорганизации в настоящее время
приобретает все большее значения, становясь
парадигмой исследования обширного класса
систем и процессов, происходящих в них. В
70-х годах 20-го века возникла новая наука -
синергетика, механизмы самоорганизации и
развития. Областью ее исследований
является изучение эволюции различных
структур, относительная устойчивость
которых поддерживается благодаря притоку
энергии и вещества извне. В основе
синергетики лежит, среди прочих, важное
утверждение о тон, что материальные
системы могут быть закрытыми и закрытыми,
равновесными и неравновесными,
устойчивыми и неустойчивыми, линейными и
нелинейными, статическими и
динамическими. Принципиальная же
возможность процессов самоорганизации
обусловлена тем, что в целом все живые и
неживые, природные и общественные
системы являются открытыми,
неравновесными, нелинейными.
81 .Диссипативносгь.
Величина прироста энтропии за единицу
времени в единице объема называется
функцией диссипации, а системы, в
которых функция диссипации отлична от
нуля, называются диссипативными. В
таких системах энергия упорядоченного
движения переходит в энергию
неупорядоченного движения и, в
конечном счете, в тепло. Практически все
системы являются таковыми, поскольку
трение и прочие силы сопротивления
приводят к диссипации энергии
(диссипация лат. оЧнйраво - разгонять,
рассеивать). При определенных условиях
суммарное уменьшение энтропии за счет
обмена потоками с внешней средой
может превысить ее внутреннее
производство. Тогда неупорядоченное
однородное состояние системы может
потерять устойчивость. В ней возникают
и могут возрасти до макроскопического
уровня т.н. крупномасштабные
флуктуации. При этом из хаоса могут
возникнуть структуры, которые
последовательно начнут переходить во
все более упорядоченные. Образование
этих структур происходит не иэ=за
внешнего воздействия, а за счет
внутренней перестройки системы,
поэтому это явление и получило название
самоорганизации. При этом энтропия,
отнесенная к тому же значению энергии,
убывает. Пригожим назвал
упорядоченные образования,
возникающие в дисшпативных системах в ходе неравновесных необратимых процессов, диссипативными структурами.
82.Бифуркации.
Выше было сказано, что нелинейная
система уравнений, которой описывается
практически любая реальная сложная
система, имеет не одно, а подчас целый
спектр решений. Ответвления от
известного решения появляются при
изменении значения параметров системы.
Поэтому мы введем здесь еще одно
понятие - управляющие параметры
(параметры порядка). Изменения
управляющих параметров способны
вызвать катастрофические, т.е. большие
скачки переменных системы, и эти скачки
осуществляются практически мгновенно.
Усложнение структуры и поведения
системы тесно связано с появлением
новых путей решения в результате
бифуркаций, В сильно неравновесных
условиях процессы самоорганизации
соответствуют «тонкому
взаимодействию» между случайностью и
необходимостью, флуктуациями и
детерминистскими законами. Вблизи
бифуркаций, т.е. резких, «взрывных»
изменений системы, основную роль
играют флуктуации или случайные
элементы, тогда как в интервалах между
бифуркациями преобладает детерминизм.
Ситуацию, возникающую после
воздействия флуктуации на систему и возникновения новой структуры, И. Пригожий назвал порядком через флуктуацию или «порядком из хаоса». Флуктуации могут усиливаться в процессе эволюции системы или затухать, что зависит от эффективности «канала связи» между системой и внешним миром.
ВЗ-Аттракторы и фазовые траектории.
Для выяснения сущности этих понятий рассмотрим динамическую систему. Понятие динамической системы состоит из двух частей: понятия состояния (существенной информации о системе) и динамики (правила, описывающего эволюцию системы во времени]. Эволюцию можно наблюдать в пространстве состояний, или фазовом пространстве, - абстрактном пространстве, в котором координатами служат компоненты состояния. При этом координаты выбираются в зависимости от контекста. В случае механической системы это могут быть положение и скорость, в случае экологической модели - популяции различных биологических видов. Точка или множество точек (например, петля, цикл), к которому стремится прийти система, называется аттрактором (от лат. аШасЪо - притягиваю). Другими словами, аттрактор - это точка или некоторое множество точек, к которому стремится динамическая система с течением времени, как бы «забывая* начальные условия. Действительно, каковы бы не были начальные значения переменных системы, по мере развития динамического процесса, они будут стремиться к одним и тем же значениям или одним и тем же множествам значений -аттракторам. Таким образом, аттракторы • это геометрические структуры, характеризующие поведение в фазовом пространстве по прошествии длительного времени.
84,85. Примеры самоорганизации в неживой природе, ячейки Бенара
Ячейки Х.Бенара. Классическим примером
возникновения структуры является
конвективная ячейка Бенара. Если е
сковородку с гладким дном налить
минеральное масло, подмешать для
наглядности мелкие алюминиевые опилки
и начать нагревать, мы получим довольно
наглядную модель самоорганизующейся
открытой системы. При небольшом
перепаде температур передача тепла от
нижнего слоя масла к верхнему идет
только за счет теплопроводности, и масло
является типичной открытой хаотической
системой. Но при некотором критическом
перепаде температур между нижним и
верхним слоями масла в нем возникают
упорядоченные структуры в виде
шестиграниых призм (конвективных
ячеек). В центре ячейки масло
поднимается вверх, а по краям
опускается вниз. В верхнем слое
шестигранной призмы оно движется от
центра призмы к ее краям, в нижнем - от
краев к центру. Важно отметить, что для
устойчивости потоков жидкости
необходима регулировка подогрева, и она
происходит самосогласованно. Возникает
структура, поддерживающая
максимальную скорость тепловых
потоков, т.е. внутренняя структура (или
самоорганизация) поддерживается за
счет поглощения отрицательной
энтропии, или негэнтропии из
окружающей среды. Подобные
конвективные ячейки образуются в
атмосфере, если отсутствует
горизонтальный перепад давления.
88.Естественнонаучная и гуманитарная наука.
Проблема двух культур - духовной (гуманитарной) и естественнонаучной рассматривается контексте двух важнейших понятий - культуры и цивилизации. Отношения культуры и цивилизации намного сложнее простой оппозиции. Испанский философ и писатель М. де Унамуйо писал: «Все цивилизации служат тому, чтобы порождать культуры, а культуры - чтобы порождать человека». Наш современник, сравнительно недавно ушедший из жизни, выдающийся грузинский философ М.Мамардашвили также подчеркивал, что вне цивилизации культура безжизненна. Цивилизация - это та сила, которая «блокирует энергию зла», примитивные и разрушительные инстинкты, стихию невежества или же опасную разнузданность разума, соблазненного волей к власти. Разрыв цивилизации и культуры обращает цивилизацию против человека. Наука же является одним из важ-нейших узлов, саязывающиж культуру и цивилизацию Она одновременно принадлежит и культуре и цивилизации, и в этом заключается ее сила и ее слабости. Дело в том, что наука воплощает в себе двойственность и противоречивость познания. Она создает, конструирует модель мира на основе добытых знаний, делает культуру частью этого мира и, в то же время постоянно разрушает свое собственное единство, выходит за рамки установленных ею же понятий, преступает пределы наличных (т.е. имеющихся на настоящий момент) возможностей познания, реализованных культурой. Наука, таким образом, не только порождение культуры, но и сила, творящая культуру.