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

37005. Застосування статистичних методів у педагогічному дослідженні 29.13 KB
  Статистичні методи в педагогіці. Організація та методика науководослідницької діяльності: Підручник. ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ Система методів і методика педагогічного дослідження У відповідності з логікою наукового пошуку здійснюється розробка методики дослідження що є сукупністю теоретичних та емпіричних методів які дають можливість з найбільшою достовірністю дослідити такий складний і багатофункціональний об'єкт яким є освітньовиховний процес. Методи педагогічного дослідження на відміну від методології це власне способи вивчення...
37006. Побудова вольт-фарадної характеристики варикапа. Напівпровідникові діоди 351.5 KB
  Дослідження напруги і струму діода при прямому і зворотньому зміщенні рн переходу. Побудова та дослідження вольтамперної характеристики ВАХ напівпроводнікового діода. Дослідження опору діода при прямому і зворотньому зсуві по вольтамперній характеристиці. Короткі теоретичні відомості Для дослідження напруги та струму діода при прямому і зворотному зсуві рн переходу досить мати універсальний прилад мультиметр.
37008. Робота із утилітою SiSoftware Sandra 1.59 MB
  SiSoftwre Sndr розроблена для роботи в ОС Windows 32. Запускаємо програму SiSoftwre Sndr. Ознайомлюймось з меню програми SiSoftwre Sndr.
37009. Файлова система NTFS 1.45 MB
  Імя робочої групи домену в який входить компютер MSHOME Імя користувача dmin Характеристики компютера: Процесор 1.6GHz Оперативна пам'ять 512Mб Обєм жорсткого диска 80Gb Моделі мережевих пристроїв внутрішніх і зовнішніх Reltek RTL8139 810x Fmily Fst Ethernet NIC 10 100 mb s Наявність локальної мережі Ні Наявність глобальної мережі Так Операційна система Microsoft Windows XP Порядок виконання роботи: 1.txt рис1 Рис 1 1.
37010. Створення консольних додатків. Обробка розгалужених обчислювальних процесів на мові програмування C# 31.5 KB
  Індивідуальні завдання. Дано порядковий номер факультету вивести на екран його назву. Дан порядковый номер месяца вывести на экран количество месяцев оставшихся до конца года. Дан порядковый номер дня месяца вывести на экран количество дней оставшихся до конца месяца.
37011. Команди переходів 142 KB
  Теоретична частина Команди цієї групи дозволяють міняти послідовність виконання команд програми. Команди переходів і виклику підпрограм є однією із складових процесу прийняття рішень. Команди переходів і виклику підпрограм провіряють значення розрядів регістра ознак і визначають слідуючий крок виконання програми в залежності від результату провірки.
37012. Команди виклику підпрограм і повернення з підпрограм 194 KB
  Коли здійснюється звернення до підпрограми то на початку виконання вона реалізує запамятовування поточного значення лічильника команд точка повернення. Коли виконання підпрограми закінчується то за допомогою команди повернення мікропроцесору вказується що початкове значення лічильника команд потрібно взяти з памяті. Для запамятовування точки повернення використовується стек куди записується адреса команди слідуюча за адресою команди виклику підпрограми. Безумовний виклик підпрограми При виконанні даної команди виклик підпрограми...
37013. НЕПРЯМЕ ВИМІРЮВАННЯ ОПОРУ РЕЗИСТОРА З ВИКОРИСТАННЯМ АМПЕРМЕТРА І ВОЛЬТМЕТРА 54 KB
  Схема підключення амперметра і вольтметра при вимірюванні опору; а метод вольтметра б метод амперметра. Вимірювальний опір визначається із формули: Rx = U U Ix = U Ixr Ix 1 Таким чином чим більший опір амперметра тим більша похибка вимірювання. Точність вимірювання при цьому методі буде визначатись сумою похибок амперметра і вольтметра.