Хаос как основа порядка

Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского

Биологический факультет

Курсовая работа

На тему

«Соотношение порядка и беспорядка в природе»

Выполнили:

Студент группы 0111-2

Исаева Д.

Студент группы 0111-2

Сенатская А.

Проверил:

Францева Юлия Евгеньевна

Г. Нижний Новгород, 2014

Содержание:

Введение

Порядок и хаос - две крайности, наблюдаемые в реальном мире. Четкая, подчиняющаяся определенному порядку смена событий в окружающем нас пространстве и во времени - движение планет, вращение Земли, появление кометы Галлея на горизонте, размеренный стук маятника, поезда, идущие по расписанию. И, с другой стороны, хаотическое метание шарика в рулетке, броуновское движение частицы под случайными ударами "соседей" и беспорядочные вихри турбулентности, образующиеся при течении жидкости с достаточно большой скоростью.

В реальной природе протекает огромное колличество процессов хаотического характера, но мы не воспринимаем их как хаос, и наблюдаемый мир кажется нам вполне стабилеьным. Наше сознание, интегрирует и обобщает информацию, воспринимаемую органами чувств, и поэтому мы не видим мелких "дрожаний" - флуктуаций - в окружающей нас природе.

Около двадцати-тридцати лет назад писали, о том что в природе есть тела, состоящие из частиц, расположенных беспорядочным образом. Это - жидкости, газы, аморфные твердые тела, и тела, построенные из частиц, расположенных в строгом порядке, уложенных природой в ряды и сетки, это кристаллы.

Авторы работы задумались, о том, верно ли такое категорическое разделение окружающих нас тел? И многовековой опыт развития науки показал, что это суждение не верное. Наряду с телами, для которых слова «порядок» и «беспорядок» являются довольно точной характеристикой расположения в них частиц, очень часто встречаются такие тела, в которых беспорядок и порядок существуют вместе, неотделимо друг от друга. Так, например, хаотичность движения людей в городе не означает хаоса в городе. Ибо каждый человек, интегрированный в структуру общества, имеет свою цель. И хотя она может не совпадать с целью общественной системы, индивид выступает носителем упорядоченности своего поведения в обществе под влиянием общественных законов, регламентирующих необходимость ему перемещаться в пространстве, зарабатывать на хлеб насущный. Ночью, взглянув на небо, мы видим хаос из блестящих точек. Но, взглянув на небо в телескоп, мы понимаем, что там есть порядок в виде звездных систем, галактик и т.д.

Цель нашей работы – показать, что порядок и хаос это крайние состояния одного и того же явления – состояние эволюционирующей материи, которая непрерывно и направлено самоорганизуется. Сама же эволюция носит сложный характер и не является ни полностью упорядоченным, ни полностью разупорядоченным процессом. В этом смысле она подчиняется законам гармонии между порядком и хаосом, смысл которых отражает понятие "золотого сечения", введенного уже много веков назад Птолемеем для обозначения пропорциональности правильного телосложения.

Глава 1. Характеристики (атрибуты) порядка и хаоса

Порядок – это такое регулярное расположение частиц, предметов и объектов по всему занимаемому пространству; последовательный ход чего-либо; правила, по которым совершается что-нибудь; числовая характеристика той или иной величины. Это некое исходное понятие теории систем, которое означает определенное расположение элементов или их последовательность во времени.

Хаос (греч.) – это полный беспорядок, неразбериха, нарушение последовательностей, неопределенное состояние веществ.

Если говорить о методологической и исторической судьбе понятий "хаос" и "порядок", то мы можем отметить некий парадокс: являясь наиболее древними обобщающими первообразами, известными еще со времен мифов и космогонии, и находя впоследствии применение в самых разных науках, эти понятия, тем не менее, так и не обрели до сих пор своей терминологической четкости. Объемы и специфичность этих понятий не были строго определены ни в одной из использующих их наук (например, в современной физике используют более чем десять характеристик хаоса: молекулярный хаос, термодинамический хаос, диффузный хаос, диссипативный хаос, детерминированный хаос, турбулентный хаос и т.д.). И до сих пор нам не ясны границы применимости этих понятий и специфика их "преломления" при переходе из одних познавательных сфер в другие. В наше время это даже, скорее, не понятие, а понятийные пространства, где пересекаются и сопрягаются интуитивные представления, а также конкретно-научные интерпретации и их философское осмысление.

Хаос как основа порядка

Рассмотрим кинетическую энергию совокупности частиц. Если окажется, что все частицы движутся в одном направлении с одинаковыми скоростями, то вся эта 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, и такое движение называют движением центра масс.

Существует также и другой вид движения. Можно представить, что частицы системы движутся не упорядоченно, а хаотически: полная энергия системы может быть той же самой, как и в первом случае, но теперь уже 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, а затем, соударяясь с соседней частицей, смещается немного влево, потом снова соударяется и т. д. Основная черта данного вида движения состоит в отсутствии корреляции между движениями различных частиц; иными словами, их движения некогерентны (неупорядочены).

Описанное случайное, хаотическое, некогерентное, неупорядоченное движение называют тепловым движением. Очевидно, что понятие теплового движения неприменимо к отдельной частице, поскольку бессмысленно говорить о некоррелированном движении одной частицы. Другими же 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, наоборот, неупорядоченным, когда все частицы движутся хаотично.