99353

Явление саморазвития химических систем в свете учения И.Р. Пригожина о необратимости

Реферат

Химия и фармакология

Переход от термодинамики (правильнее от термостатики) равновесных состояний к термодинамике неравновесных процессов, несомненно, знаменует серьёзный прогресс в развитии ряда областей науки. Этот процесс в значительной мере связан с работами голландских и бельгийских ученых, в том числе и с работами И.Р. Пригожина.

Русский

2016-09-10

87.5 KB

1 чел.

Федеральное агентство по образованию и науке РФ

Омский Государственный Педагогический Университет

Кафедра химии и методики преподавания химии

Реферат

Явление саморазвития химических систем в свете учения   И.Р. Пригожина о необратимости”

Выполнил: студент гр. ХО-1

химико-биологического

                                                                                              факультета     

                                                                                                    Ольхович И.П.

                                                                             

                                                                             Проверил:  к.х.н., доцент

                                                                                                      Брянский Б.Я.

Омск 2008 г.

Чем больше свободы в самоорганизации, тем больше порядка.

Оуэн Янг

Термодинамическая теория необратимых процессов является разделом термодинамики, быстро развивающимся за последнее время. Интерес и внимание, проявляемые к этой отрасли науки, вполне понятны, если учесть, что практически все процессы, протекающие в природе и технике, являются необратимыми процессами.

Переход от термодинамики (правильнее от термостатики) равновесных состояний к термодинамике неравновесных процессов, несомненно, знаменует серьёзный прогресс в развитии ряда областей науки. Этот процесс в значительной мере связан с работами голландских и бельгийских ученых, в том числе и с работами И.Р. Пригожина.

Илья Романович Пригожин – бельгийский физик и физико-химик. Родился 25 января 1917 года в Москве.  В 1941 году окончил Брюссельский университет (Université Libre de Bruxelles). С начала 1960-х годов Пригожин жил в городе Остин (штат Техас), где он в 1967 году основал Центр по изучению сложных квантовых систем (Center for Complex Quantum Systems), которым руководил до конца жизни. Основная масса его работ посвящена неравновесной термодинамике и статистической механике необратимых процессов. Лауреат Нобелевской премии по химии, иностранный член Академии наук СССР. Умер 28 мая 2003 г. в городе Остин, штат Техас, США.

Разработанная И.Р. Пригожина термодинамика необратимых процессов устраняет запреты на эволюцию химических систем в направлении их упорядочения, налагаемые термодинамикой Р. Клаузиуса и Л. Больцмана. В виду того, что при обсуждении проблем химической эволюции и биогенеза в литературе чаще всего обращаются к одной из первых работ И. Пригожина, а именно к работе «Введение в термодинамику необратимых процессов», в которой дана новая интерпретация второго начала термодинамики, более поздние работы того же автора рассматриваются всего лишь как экстенсивное развитие работы. Между тем подход Пригожина к проблеме химической эволюции – это просто «новый термодинамический процесс», как его нередко именуют. Это значительно более широкий общенаучный подход, который лишь для кратности называют «учением о необратимости».

Во-первых, «пригожинскую термодинамику» следует рассматривать не только как область термодинамики, объектом которой являются необратимые процессы, но и как «обобщенную термодинамику», по отношению к которой классическая термодинамика представляет собой частность.

Во-вторых, и физико-математические способы описания природных явлений, и философское толкование их далеко выходят за пределы даже и обобщенной термодинамики. Скорее они составляют некое целостное учение, корни которого уходят и в естествознание, и в философию. Сюда относятся работы содержание которых имеет не только естественно-научный, но и ярко выраженный философский характер.

В своих работах Пригожин говорит о переходе всей науки на новый уровень развития, белее высокий, чем тот неклассический уровень, который характеризовался господством теории относительности и квантовой механики.

Основными требованиями научного познания на этом уровне являются:

  •  признание времени такой формы бытия, одномерность и ассиметричность которой обусловливают всеобщую необратимость изменений, происходящих в мире; закрытые равновесные системы рассматриваются в свете этого требования как частный случай всеобщего неравновесия;
  •  положение о колебательных процессах как одном из важнейших признаков высокоорганизованных систем, в частности колебательных реакций, или «химических часов»;
  •  исследование «коллективной стратегии поведения» микросистем в единой макроскопической системе;
  •  изучение природы изнутри с учетом того, что исследователь является частью изучаемой системы.

  

Исходя из идей Пригожина, в послегалилеевском естествознании можно отчетливо различить такие три его блока, как:

  •  классическое естествознание от Ньютона до Менделеева;
  •  неклассическое естествознание, стержнем которого следует считать квантовую механику и квантовую термодинамику;
  •  естествознание сегодняшнего дня с синергетической основой.

В высшей степени интересной представляется эволюция методов научного познания в этой иерархии: от жесткого детерминизма через принцип неопределенности к эволюционным взглядам на причинность: от видения мира со стороны наблюдателя к изучению природы изнутри её с учетом места и роли в ней человека; от равновесной статистической механики к неравновесной, а в общем – от метафизических методов к диалектическим. Наиболее выраженной формой диалектизации научного познания в учении Пригожина выступает целостный подход к своему объекту – макросистеме как такому целому, которое существует за счет когерентности «коллективной стратегии поведения» ее частей. Одно изучение частей, по Пригожину, не приводит к адекватным представлениям о целом, и это глубоко диалектическое положение нельзя не рассматривать как подъем на новую ступень диалектизации познания по сравнению с квантовой механикой.

Иллюстрируя это положение на примере колебательных химических реакций, Пригожин говорит: «Ведь, что в самом деле получается? Основа колебательной реакции – наличие двух типов молекул, способных превращаться в друг друга. Назовем один из них А (красные молекулы), другой В (синие молекулы). Мы привыкли думать, что химическая реакция – это хаотические, происходящие столкновения частиц. По этой логике взаимные превращения А и Б должны приводить к усредненному цвету раствора со случайными вспышками красного или синего. Но когда условия далеки от равновесия, происходит совершенно иное: раствор в целом становится красным, потом синим, потом снова красным. Получается, будто молекулы как бы устанавливают связь между собой на больших, макроскопических расстояниях через большие, макроскопические отрезки времени. Появляется нечто похожее на сигнал, по которому все А или все Б реагируют разом. Это действительно неожиданность. Ведь мы привыкали, что молекулы взаимодействуют только на близких расстояниях и ничего «не знают» о своих дальних соседях. А здесь система реагирует как единое целое. Такое поведение традиционно приписывалось только живому – теперь же ясно, что оно возможно и у систем сравнительно простых, неживых». Недаром И.Р. Пригожин называет открытие Б.П. Белоусовым колебательной реакции «одним из важнейших экспериментов нашего века».        

В своих работах Пригожин рисует картину поведения систем с большим числом взаимодействующих субъединиц (например, молекул А и Б) в одном случае вблизи состояния равновесия, а в другом – при достаточно большом удалении от равновесия. В первом случае система обладает определенной устойчивостью, иммунитетом к возмущениям, и если эти возмущения оказываются не очень сильными, она возвращается к состоянию равновесия, ее структура разрушается. Во втором случае, при удалении от равновесия, система «теряет свой иммунитет к возмущениям», становится неустойчивой, и если эти возмущения (например, химические реакции с нелинейными стадиями, в частности автокатализ) оказываются достаточно сильными, то система достигает точки бифуркации (разветвления), в которой отклик системы на возмущение становится неоднозначным, возврат к начальным условиям не обязателен. В таком случае происходит необратимый переход системы в новое, когерентное, состояние: система приобретает устойчивую диссипативную структуру (т.е. структуру, образованную за счет диссипации, рассеяния энергии). Суть когерентности здесь выражается все в той же «коллективной стратегии поведения» субъединиц системы. Система может далее пойти пройти вторую точку бифуркации, третью и т. д.     

Посредством понятия бифуркации Пригожин, как он сам выражается, ввел в физику и химию «в известном смысле историю».

Значение работ Пригожина трудно переоценить. По-видимому, не будет преувеличения квалифицировать их как начало нового уровня научного познания природы. Для химии они означают открытие путей в область самоорганизующихся систем, находящихся не только и даже не столько в условиях нормальных температур и давлений, сколько в экстремальных условиях. И замечательно то, что они начали появляться со второй половины 1950-х годов, т.е. еще до того, как получили широкое развитие экспериментальные работы в области химии экстремальных состояний, в частности плазмохимии.

Как можно было бы расценить эмпирически полученные выводы Л.С. Полака о самоорганизации физико-химических систем в условиях так называемой низкотемпературной плазмы (≈ до 4000 К), если бы они появились не в 1980-х, а в 1960-х гг.? Л.С. Полак шел в своих исследованиях в области плазмохимии по существу параллельно линии исследований Пригожина, зная и цитируя последнее. В начале 1970-х годов Л.С. Полак разработал основные положения обобщенной неравновесной кинетики как «части физического учения об эволюции неравновесных систем». По отношению к ней аррениусовская кинетика предстает такой же частью, как больцмановская термодинамика по отношению к обобщенной термодинамике Пригожина. Но тем не менее открытие Л.С. Полаком целого ряда явлений «самоорганизации физико-химических систем», явлений, которые он сам уподобляет предбиологической эволюции, скорее следует отнести к эмпирической структуре, чем к теоретическому предвидению. Хотя нельзя отметить того факта, что еще в 1972 г., говоря о «необходимости построения обобщенной (неравновесной) химической кинетики, вытекающей из развития различных направлений химии высоких энергий», Л.С. Полак сделал предположение, что «неравновесные плазмохимические процессы сыграли существенную роль в образовании аминокислот на стадии предбиологической химии в газовых оболочках планет». Несмотря на то, что это предположение не может иметь строгих доказательств, от него, вероятно, протягиваются нити связей к той работе Полака, в которой с очевидностью доказана возможность изучать стадию предбиологической химии в плазмохимической лаборатории.

В заключение важно отметить, что в подходах к проблеме химической эволюции у И.Р. Пригожина и А.П. Руденко есть много общего. Общим является отрицание актуалистических теорий и противопоставление им эмпирически обоснованных теорий, решающих вопрос о возникновении порядка из хаоса, о саморазвитии химических систем. Общим является также привлечение в качестве отправного пункта неравновесной термодинамики, статистических, кинетических и информационных принципов, или методов, исследования. Различие же состоит главным образом в разных самоорганизующихся объектах и разных целях исследования. У Пригожина такими объектами являются макросистемы, а основная цель исследования – доказательство принципиальной возможности самоорганизации. Концепция Прогожина не описывает химическую эволюцию с естественным отбором. Руденко, напротив, исследует самоорганизацию микросистем, преследуя цель реконструкции всего хода химической эволюции через естественный отбор вплоть до выяснения механизма ее тупиковых форм и биогенеза. В этом смысле можно сказать, что теория Руденко предметнее отражает проблемы эволюционной химии как самостоятельной концептуальной системы. Эта теория может уже сегодня решать практические задачи освоения каталитического опыта живой природы и управления химическими процессами, относящимися к нестационарной технологии. Перед учением Пригожина такого рода задач сегодня поставить нельзя. Однако если говорить о наиболее вероятных практических перспективах учения Пригожина применительно к химии, то они находятся на пути исследования систем, далеких от равновесного состояния, скорее всего, на пути развития химии высоких энергий, в частности плазмохимической технологии.    

 

Используемая литература

1. А.П. Руденко. Самоорганизация и прогрессивная эволюция в природных процессах в аспекте концепции эволюционного катализа. // Росс. Хим. журн. 1995. Т. 39. N2. 55–71 с.

2. И. Пригожин. Введение в термодинамику необратимых процессов. -М.: Издатинлит. 1960. Пригожин И. Философия нестабильности // Вопросы философии 1991.- N 6-С. 46-52.

3. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой.-М.: Прогресс, 1986 - 432 с. 46-52.

4. В.И. Кузнецов. Общая химия. Тенденции развития. –М.: «Высшая школа», 1989.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13919. Права ребенка 70 KB
  Цель: 1. Обобщить знания учащихся об основных правах ребенка. 2. Развести понятия €œправо€ €œправа€ €œобязанности€ показать единство прав и обязанностей для детейподростков. 3. Повышать социальноправовую компетентность старшеклассников. 4. Воспитыват
13920. Защита прав потреителей 45 KB
  Цели урока: формировать у школьников рациональное потребительское поведение; развать интуицию самостоятельность гибкость мышления; научить отстаивать права потребителя; показать знания основ экономической теории; повторить статьи Закона €œО з...
13921. Технические средства мультимедиа 226 KB
  Тема урока: Технические средства мультимедиа. Цели урока: способствовать формированию у обучающихся устойчивых представлений по основным понятиям темы. развивать навыки работы учащихся на компьютере. Оборудование: мультимедийная презентация интерактивная ...
13922. Основы работы с CorelDRAW. Графические примитивы 328.5 KB
  сновы работы с CorelDRAW. Графические примитивы 1. Растровая и векторная графика. Понятие объекта в CorelDRAW CorelDRAW Х4 в настоящее время один из самых мощных редакторов векторной графики который широко используется в издательской деятельности полиграфии и рекл
13923. Клод Дебюсси «В лодке» 3 MB
  Урок 1. Клод Дебюсси В лодке Реквизит: Все музыкальные файлы урока. Все распечатанные материалы урока. Детский музыкальный инструмент металлофон. Таз для воды и бумажные кораблики. Краски кисточка для раскрашивания. Клей ножницы для аппли
13924. Семьи Японии 140.7 KB
  Семьи Японии. Япония страна загадочная. Хранение традиций воспитание собственного достоинства склонность к созерцанию непонятная европейцу манят и завораживают. История страны не могла не отразиться на жизни японцев и на том как они строят семейные отношения. В жи...
13925. GLAD TO MEET YOU 472.5 KB
  GLAD TO MEET YOU Unit 1 1A Meeting people. Read the dialogues and guess who is speaking and where they are. Good afternoon Miss Bright Good afternoon Mr. Johnson Hows life No complaints. Thank you. How are things with you Nothing to boast of. I have loads of work again. Sorry to hear that Hi Mike Hey Jack Nice tracksuit Oh thank you. I jog in it every morning. H...
13926. Труд: право или обязанность? Трудовые права несовершеннолетних 37 KB
  Тема урока: Труд: право или обязанность Трудовые права несовершеннолетних. Учебное пособие: Е.Н. Салыгин Основы правоведения Издательский дом Новый учебник М. 2006. Материалы и оборудование: доска наглядное пособие нормативноправовые акты: Конституци
13927. Реализация и защита своих прав. Каждый имеет право 54.5 KB
  Цель: повышение социально правовой компетентности старшеклассников посредством обучения практическим навыкам реализации и защиты своих прав. Ожидаемый результат в субъекте: осознание социальной ценности права как средства защиты личности и общества; усвоен