системность-принципы

Принципы симметрии. Теорема Нетер и законы сохранения. Вариационные принципы
силы можно рассматривать как способ, которым в природе поддерживаются различного рода симметрии. Понятие симметрии является в настоящее время наиболее фундаментальным.
Первоначальное значение слова симметрия – соразмерность. В применении к законам природы – это их свойство оставаться неизменными при разного рода перемещениях (симметрия пространства означает, что оно однородно и изотропно)
Например, одной из наиболее известных симметрий является принцип относительности Галилея. Попытки придать симметрию уравнениям Максвелла привели к созданию теории относительности.
Каждой симметрии, как внутренней, так и пространственной, соответствует свой закон сохранения.
Теорема Нетер: каждому из законов сохранения при условии соблюдения соответствующей симметрии можно поставить в соответствие вариационную формулировку.
Первую вариационную формулировку одного из законов природы дал П. Ферма еще в XVII веке: свет всегда идет по пути, требующему для своего прохождения минимального времени.
Ж. Лагранж показал, что практически всю механику можно вывести не из причинно-следственных законов Ньютона, а из вариационных принципов, то есть исходя из положения, что в природе реализуются всегда только оптимальные сценарии процессов.
Например, камень «выбирает» траекторию своего полета в поле притяжения Земли так, что величина действия (интеграл по времени от разности кинетической и потенциальной энергии оказывается минимальной. Только потому форма этой траектории оказывается параболической, что парабола удовлетворяет принципу наименьшего действия.
Принцип оптимальности 
Если не считать, что камень заранее «просчитывает» траекторию своего движения, приходится признать, что природа из всех возможных законов выбрала только те, которые подчиняются вариационным принципам. Это положение можно назвать принципом оптимальности законов природы.
Этот закон действует на всех уровнях мироустройства. Например, одной из аксиом, на которых строится современная экология, является третий закон Коммонера: природа знает лучше.
Алгоритм оптимальности. Рождение закона природы
принцип соответствия строения организмов требованиям окружающей среды. Особенно интересен феномен конвергенции (сходимости) морфологических признаков различных видов животных, обитающих в одинаковых условиях среды.
Например, такие различные по происхождению животные, как рыбы (например акула), птицы (например пингвин) и млекопитающие (например дельфин), обитая в сходных условиях приобретают схожие формы.
Жизнь, размножаясь во множестве, заполняет собой все возможные варианты, поэтому рано или поздно оптимальный  вариант будет обязательно найден. Таким образом жизнь делает себя неуязвимой от наносимых ей ударов.
П. Тейяр де Шарден
Порождая разного рода мутантов, которые в основной своей массе оказываются нежизнеспособными, жизнь иногда нащупывает то, что является оптимумом. Какими бы ни были стартовые точки процесса поиска оптимума (рыба, птица, млекопитающее и т.п.), результат поиска в принципе оказывается предсказуем, то есть при данных конкретных условиях количество экстремумов любой целевой функции оказывается ограниченным, наиболее часто экстремум только один.
Может быть, в том и состоит суть рождения законов природы, что на всех уровнях природных систем от элементарных частиц до галактик действует механика принципа естественного отбора? Ответ на этот вопрос призвана дать нарождающаяся в настоящее время новая научная парадигма (фундамент), в основу которой положен так называемый системный подход.
Системный подход в естествознании
Под рассудком мы будем понимать ту составляющую человеческого аппарата познания, которая оперирует рассуждениями, построенными из особого рода мысленных объектов - стереотипов, абстракций и т.п., каждый из которых является результатом обобщения какого-то повторяющегося класса явлений внешнего мира, поэтому имеет статус аксиомы.
рассудок является типичной формально-логической системой, которая несет в себе ограниченность, отраженную в теореме Геделя.
В результате в понимании человека формируется так называемая множественная картина мира, для которого характерно многообразие явлений, событий, объектов, которые кажутся обособленными друг от друга, обладающими собственными характеристиками (например размерами, массой, энергией и т.п.), определенным образом взаимодействующими с другими обособленными явлениями. В качестве вместилища этих объектов человек синтезирует образы пространства и времени.
Благодаря механистическому подходу научные знания всегда славились своей точностью, однозначностью и непротиворечивостью. В этом сила науки. Но здесь же лежит и основная ее слабость. Отказ от противоречивости приводит к самообману, так как сама природа изначально противоречива.
Особенно явно механистический подход дал сбой, когда наука вплотную подошла к изучению так называемых «сложных систем». С ростом сложности структуры системы растет количество факторов, определяющих ее поведение. Особенно наглядно это видно в случае биосистем (живых организмов). Понимание феномена жизни для нее похоже недостижимо без коренной перестройки самих ее основ. В природе все взаимосвязано. Мир представляет собой нечто органичное, целостное и неделимое. В этом истоки холизма. Поэтому при изучении любого явления природы успех научного метода оказывается возможен только за счет мысленного разрыва тех связей, которыми данное явление неразрывно вплетено в ткань Вселенной. При этом мы добровольно отказываемся от части истины, хранящейся в этих связях.

Понятие системы. Общие принципы системной динамики.
Системный подход
В основе системности в природе лежит ее свойство быть одновременно единым и неделимым целым и в то же время обладать свойством множественности.
Слово «система» в переводе с греческого означает «целое, составленное из частей». Под системой понимают совокупность явлений, элементов, находящихся в определенных отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность.
Различают простые и сложные системы. Известно, что в свойствах и поведении сложных систем независимо от природы составляющих их элементов прослеживаются четкие аналогии. В конце сороковых годов Берталанфи предложил программу построения «Общей теории систем» (ОТС).
Наиболее общей закономерностью сложных систем является закон подобия части и целого: часть является миниатюрной копией целого, а потому все части одного уровня иерархии систем похожи друг на друга. Этот закон известен из глубины веков. Так «Изумрудная скрижаль» Гермеса Трисмегиста гласит: «Истинно. Несомненно. Действительно. То, что находится внизу, подобно находящемуся наверху, и обратно, то, что находится наверху, подобно находящемуся внизу, ради выполнения чуда единства».
Для биосистем в формулировке Мюллера и Геккеля закон подобия части и целого известен как биогенетический закон: онтогенез (индивидуальное развитие особи) повторяет филогенез (историческое развитие вида). Ярким подтверждением данного закона является эмбриогенез: развитие эмбриона повторяет формы, через которые данный вид прошел в процессе своей эволюции. Для человека этот закон можно, вероятно, дополнить: ноогенез (формирование мышления) каждого человека повторяет антропогенез, то есть исторический процесс формирования мыслительного аппарата всего человечества. Можно предположить, что формирование человека повторяет весь ход эволюции Вселенной.
системогенетический закон (Н.Ф. Реймерс): все системы в индивидуальном развитии повторяют в сокращенной и нередко в закономерно измененной и обобщенной форме эволюционный путь развития данного вида систем.
аксиома эмерджентности (от английского слова эмердженс - возникновение, появление нового): целое всегда имеет особые свойства, отсутствующие у частей-подсистем и не равно сумме элементов, не объединенных системообразующими связями.
Особенно заметны эмерджентные свойства при исследовании социальных систем, например, муравейник, пчелиный улей, птичья стая, толпа и т.п. Так птицы, объединенные в стаю, теряют частично свою маневренность (стая более массивна и неповоротлива, чем птицы в отдельности). Аналогично человек в толпе теряет часть своей свободы и позволяет увлечь себя «голосу толпы» (для выхода из толпы нужно затратить определенную энергию по преодолению системообразующей силы).

Эмерджентность невозможно разложить на составляющие, ее нужно принять как данность, как нечто изначально целостное, неделимое, присущее только всей системе в целом и никакому элементу системы в отдельности. То есть к эмерджентности неприменим принцип редукционизма.

Структура – это строение и внутренняя форма организации системы, выступающая как единство устойчивых взаимосвязей между ее элементами, а также законов данных взаимосвязей. Поведение определяет внешнюю сторону системы (текстуру), в соответствии с которой любая система может входить в качестве элемента в состав других систем более высокого уровня. Таким образом, одним из основных свойств систем является их иерархичность (иерархия - расположение ступенчатым рядом), в соответствии с которым любая система сама может являться элементом более общей системы, в то же время каждый элемент системы сам в свою очередь может являться системой. Иерархичность систем обеспечивает их устойчивость и неуязвимость.

элементарные частицы - атомы - молекулы - клетки - многоклеточные - экосистемы - биосфера - космическое тело - звездная система - галактика - Вселенная.

Принципы системного подхода:
дедуктивность - постулируется возможность существования явлений, даже если мы не понимаем их механики, и уже исходя из этого выводятся законы, позволяющие существовать таким явлениям;
рекуррентность – постулируется возможность существования таких свойств и связей между элементами системы, механика которых нам не понятна (тем самым узаконивается эмерджентность);
телеологичность - признается существование феномена целесообразности в поведении сложных систем и их элементов.

Принцип гармонии. Понятие живого организма.
Вселенная как живой организм

Если какая-то часть (подсистема) не подобна системе в целом, то она входит в дисгармонию с другими подсистемами и с системой в целом.
В частности, она не способна поглощать из окружающей среды энергию. Такое состояни
·е является неустойчивым. Тогда подсистема либо изменяется или разрушается. (принцип соответствия ).
По определению одного из пифагорейцев, Филолая, гармония есть «согласие разногласного».

В состоянии гармонии заложена изначальная противоречивость мира. Многочисленные исследования показывают, что состояние гармонии достигается, когда соотношение порядка (предсказуемого, подчинения системным законам) в поведении элементов системы и хаоса (непредсказуемого, свободы выбора) тяготеет к «золотой пропорции» ( 0,618). «Золотая пропорция» вытекает из принципа подобия части и целого - это есть такое деление единого целого на две части, при котором меньшая часть (ассоциированная со свободой выбора) относится к большей (ассоциированной с системными законами) так же, как большая часть относится к целому.
Только те элементы системы, которые несут в себе «золотое» соотношение между «свободой выбора» и закономерностью могут устойчиво существовать длительное время, то есть обладают живучестью. Особенно характерно подчинение закону гармонии для биосистем, которые буквально «напичканы» золотыми пропорциями.
Не случайно магическим символом жизни считается пентаграмма (пятиконечная звезда), в которой можно насчитать более двухсот золотых сечений. Вообще пятеричная симметрия характерна для биосистем.
Поэтому под живым организмом можно понимать сложную систему, состоящую из относительно самостоятельных подсистем, свойства(поведение) которых подчинены системным законам, гарантирующим поддержание системной целосности.

.Человек умеет интуитивно чувствовать гармонию. Его притягивает то, что несет в себе гармонию, и отталкивает дисгармония. Гармоничные структуры мы называем словом «красота». Красивое тело построено по закону золотого сечения. Красивое здание несет в своих формах золотую пропорцию. В красивом (гармоничном) сочетании звуков заложена золотая пропорция (звукоряд Пифагора). По закону золотого сечения построена Солнечная система (закон Боде). Пятеричную симметрию имеет планета Земля, кора которой выложена из пятиугольных плит. Есть основания думать, что весь мир построен по принципу золотой пропорции. В этом смысле Вселенная в целом является грандиозным живым организмом, подобие с которым дает нам право самим называться живыми организмами. Человек является элементом такой сложной системы, как биосфера, в которой он призван нести определенную функцию во благо целостности биосферы. Только по отношению к системе более высокого уровня определено понятие роли и смысла жизни.
Что называется золотой пропорцией?
Что такое живой организм?
В чем смысл жизни?

Теории возникновения жизни
 
теория креационизма (от английского слова create - создавать) - жизнь создана высшим существом - Богом;
теория панспермии - жизнь принесена на Землю из космоса; так уже в метеоритах находят белковые соединения;
теория эволюции - жизнь на Земле народилась вследствие естественных законов усложнения форм организации материи.

достижения синергетики (наука о самоорганизации) позволяют надеяться на то, что в научном понимании жизни уже в ближайшее время ожидается существенный прорыв. Мы уже понимаем механизмы самоорганизации.

Самоорганизация в природе. Принципы разрушения и созидания.
Принцип минимума диссипации энергии. Принцип Онзагера

Динамика Вселенной проявляется в двух взаимодополнительных процессах: разрушение и созидание. Исторически первым был открыт принцип разрушения, известный как принцип роста энтропии.
Существование процессов усложнения форм жизни вытекает из принципа дополнительности: при наличии во Вселенной процессов разрушения следует ожидать в ней равного по объему созидания.
Рост энтропии Вселенной вызывает процессы, сдерживающие этот рост, то есть направленные на рост негэнтропии (негэнтропия – мера упорядоченности), а значит, на возникновение и усложнение упорядоченных структур. Это называется самоорганизацией.
Если учесть, что энтропия является не только мерой хаоса, но и мерой качества энергии, мерой ее концентрации и направленности, то неизбежность самоорганизации в природе можно вывести также из вариационного принципа минимума диссипации (рассеяния) энергии: если возможно множество сценариев протекания процесса, согласных с законами сохранения и связями, наложенными на систему, то в реальности процесс протекает по сценарию, которому отвечает минимальное рассеяние энергии, то есть минимальный прирост энтропии. Другими словами, если в ходе процесса возможно образование упорядоченных устойчивых статических или динамических структур в локальных областях системы, то они обязательно возникнут, уменьшая тем самым суммарный прирост энтропии.

принцип Онзагера: одновременно протекающие процессы могут влиять друг на друга так, что хотя в каждом из процессов в отдельности энтропия не может уменьшаться, но, взятые вместе, они могут компенсировать уменьшение энтропии в одном из процессов за счет еще большего увеличения в других. В итоге по всем процессам энтропия растет.
Следствия из принципа Онзагера:
1) самоорганизующая система должна быть открытой по отношению к окружающей среде;
2) она может существовать, уменьшая внутреннюю энтропию, только за счет увеличения энтропии (разрушения) внешней среды.

Для этого, например, мы потребляем пищу, разрушая ее внутри себя, высвобождая таким образом накопленную в ней информацию (порядок, мерой которого является свободная энергия), и за счет этого упорядочивая свою структуру. Продукты разрушения, несущие в себе хаос, мы выбрасываем в окружающую среду.
Согласно Пригожину, любая самоорганизующаяся система должна обладать рядом особенностей:
1) открытостью, то есть их существование немыслимо без постоянного взаимодействия с окружающей средой;
2) неравновесностью, то есть энтропия в данной системе существенно меньше энтропии окружающей среды;
3) нелинейностью, то есть непропорциональностью изменения различных свойств системы, ограниченностью пределов изменения этих свойств, что приводит к разного рода фазовым переходам.
В процессе самоорганизации происходит самопроизвольный поиск устойчивых структур. Под устойчивостью системы понимают ее способность сохранять свою структуру при наличии внешних воздействий на нее; при снятии воздействия такая система должна вернуться в исходное состояние. Для устойчивых систем характерно подобие части и целого.

Эволюция жизни на Земле. Космопланетный характер жизни на Земле. Характерные черты эволюционного процесса
Особенности биологического уровня организации материи
Теория Вернадского. Понятие биосферы. Теория ноосферы
 
Биосфера является самой крупной, глобальной экосистемой планеты. Понятие биосфера было введено в 1875 году Э. Зюссом. Но наибольшее развитие это понятие получило в трудах В.И. Вернадского. Под биосферой он понимал все пространство литосферы, гидросферы и атмосферы, где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть где встречаются организмы или продукты их жизнедеятельности.
Основные положения теории Вернадского:
жизнь есть неизбежное следствие мирового эволюционного процесса, любые теории случайного зарождения жизни не выдерживают критики;
возникновение Земли как космического тела и появление на ней жизни произошло практически одновременно, следы жизни обнаруживаются в самых глубоких геологических слоях;
наша планета и космос есть единая система, в которой жизнь связывает все процессы в единое целое;
количество живого вещества на Земле является постоянной величиной, то есть во все времена с начала существования Земли в круговорот жизни было вовлечено то же количество вещества, что и сегодня;
жизнь является главной геологической силой на планете (не вулканизм и не процессы выветривания определяют лик планеты; ее ландшафты, химизм океана, структура атмосферы и т.п. - это порождение жизни);
человек есть неизбежное следствие эволюции планеты, на которого возложена определенная роль в ее жизни;
в настоящее время именно человек превращается в главную геологическую силу на планете;
однажды развитие биосферы и общества сделается неразрывным, и биосфера перейдет в новое состояние - ноосферу (сфера разума).

Основные свойства биосферы.
1. Биосфера - это централизованная система. Центральным ее звеном выступают все живые организмы (живое вещество), в том числе и человек.
2. Биосфера - это открытая система. Ее существование немыслимо без поступления энергии извне, прежде всего от Солнца..
3. Биосфера - это саморегулирующаяся система. Это свойство называют гомеостазом, понимая под ним способность гасить возникающие возмущения и приходить в исходное состояние включением ряда механизмов.
4. Биосфера - это система, характеризующаяся большим разнообразием. Это повышает ее устойчивость за счет дублирования функций.
5. Наличие механизмов, обеспечивающих круговорот веществ. Это гарантирует неисчерпаемость отдельных химических соединений.

Структура живых существ

Строение и поведение организма в значительной мере определяется его генотипом, основу которого составляет набор хромосом. Каждая хромосома представляет собой свернутую молекулу ДНК, в структуре которой в зашифрованном виде хранится информация о структурах белков. Молекула белка представляет собой цепь из последовательно расположенных аминокислот, а молекула ДНК сложена из последовательно расположенных нуклеотидов. Три нуклеотида (триплет) соответствуют определенной аминокислоте в составе белка. Последовательность таких триплетов на определенном фрагменте молекулы ДНК (данный фрагмент называется геном) кодирует последовательность соответствующих аминокислот в молекуле белка. Код этот в настоящее время расшифрован. Триплет позволяет реализовать 43 = 64 различных сочетаний нуклеотидов (всего используется 4 различных нуклеотида). Всего таким образом можно закодировать присутствие в молекуле белка до 64 различных видов аминокислот (задействовано всего 20).
Заголовок 315

Приложенные файлы

  • doc 15715056
    Размер файла: 81 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий