Ответ:
Энтропия (от греч. ἐντροπία — поворот, превращение)(S)— понятие, впервые введённое Клаузиусом в термодинамике для определения меры необратимого рассеивания энергии, меры отклонения реального процесса от идеального. Данная величина, определённая как сумма приведённых теплот, является функцией состояния и остаётся постоянной при обратимых процессах, тогда как в необратимых — её изменение всегда положительно. Иными словами можно сказать что энтропия это мера беспорядка в системах.
Термодинамическая вероятность(W) – это число микросостояний которыми может быть заменено макроскопическое состояние. Замена одной микрочастицы на другую из-за их неотличимости не меняет макроскопического состояния, хотя с микроскопической точки зрения ситуация изменилась.
Энтропия является придаточной величиной и пропорциональна логарифму термодинамической вероятности, данное выражение определяет принцип Больцмана.
Этот принцип является основанием для истолкования второго начала термодинамики: природные процессы стремятся перевести термодинамическую систему из состояния менее вероятных состояний в более вероятные состояния, то есть перевести систему в равновесное состояние, где W и S максимальны.
Больцману удалось установить в теории газов основное различие между тепловыми и механическими явлениями, которое долгое время было главным аргументом против всякой кинетической теории. Механические явления обратимы, и знак времени в них не играет никакой роли, тогда как тепловые явления так же необратимы, как и выравнивание двух температур. Если теория газов, основанная на механике, приводит к необратимым явлениям, то это связано с гипотезой молекулярного беспорядка, и аналогия с ростом энтропии здесь очевидна. В настоящее время понятие энтропии получило дальнейшее развитие в теории информации, лежащей в основе кибернетики.
7.4. Каковы структурные уровни организации материи, чем они характеризуются? Что такое «системный подход» и каковы его основные понятия в современной естественнонаучной картине мира?
Материя – это бесконечное множество всех существующих в мире объектов и систем, субстрат любых свойств, связей, отношений и форм движения. Материя включает в себя не только все непосредственно наблюдаемые объекты и тела природы, но и все те, которые в принципе могут быть познаны в будущем на основе совершенствования средств наблюдения и эксперимента.
Современная наука выделяет три уровня организации материи:
· Микромир – микрочастицы: атомы, молекулы, элементарные частицы. То есть это мир предельно малых и не наблюдаемых невооруженным глазом частиц. Это мир — от атомов до элементарных частиц. При этом для микромира свойственен корпускулярно-волновой дуализм, т.е. любой микрообъект обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Описание микромира опирается на принцип дополнительности Н. Бора и соотношения неопределенности Гейзенберга. Мир элементарных частиц, которые долго считали элементарными «кирпичиками», подчиняется законам квантовой механики, квантовой электродинамики, квантовой хромоди-намики. Квантовое поле носит дискретный характер.
· Макромир - это мир объектов, соизмеримых с человеческим опытом. Размеры макрообъектов измеряются от долей миллиметра до сотен километров, а времена — от секунд до лет. Поведение же макроскопических тел, состоящих из микрочастиц, описывается классической механикой и электродинамикой. Материя может пребывать как в виде вещества, так и в виде поля, причем вещество дискретно, а поле — непрерывно. Скорости распространения поля равны скорости света, максимальной из возможных скоростей, а скорости движения частиц вещества всегда меньше скорости света.
· Мегамир – мир объектов космического масштаба: планеты, звезды, галактики, Метагалактика. Кроме них во Вселенной присутствуют материя в виде излучения и диффузная материя. Мегамир описывается законами классической механики с поправками, которые были внесены теорией относительности.
Системный подход в современном естествознании – это способ изучения системы, при котором каждое явление или процесс рассматривают как целостного организма. Основная роль системного подхода заложена в его междисципленарности.
Основными определениями системного подхода являются термины характеризующие систему:
· Эмерджентность – приобретение системой новых свойств, которые образуются при взаимодействии её частей, и которых нет у её элементов.
· Иерархичность систем – существование различных взаимосвязанных уровней рассматриваемых систем.
· Открытость или закрытость систем – возможность взаимодействия системы с окружающим миром.
· Стационарность или нестационарность систем. Это свойство характеризует способность системы изменяться во времени.
· Устойчивость систем – способность системы возвращаться в равновесное состояние после прекращения внешних воздействий.
· Колебательность систем – способность системы к периодическому изменению своих параметров при приближении к новому состоянию.
· Инертность систем – возможность систем сопротивляться воздействию окружающей среды.
Помимо этих терминов выделяют такое свойство систем как детермированность – предсказуемость поведения системы.
8.4.Как строится термодинамика открытых систем? Поясните понятие диссипативной структуры по И. Пригожину. Какие этапы можно выделить в развитии самоорганизующихся систем? Чем отличается современная научная картина мира от классической картины мира.
Открытые системы – системы способные обмениваться с окружающей средой веществом (энергией и импульсом). Согласно второму началу термодинамики, энтропия, в закрытых системах, возрастая, стремится к своему равновесно максимальному значению, а её производство к нолю.
В отличие от закрытых систем в открытых системах возможны состояния с постоянным производством энтропии, которая отводится от системы. При таком состоянии производство энтропии в открытых системах минимально (теорема Пригожина).
При таких процессах в системе устанавливается так называемое стационарное неравновесное состояние. Открытые системы, в которых возможно осуществление термодинамически устойчивых неравновесных состояний, далеких от термодинамического равновесия, при условии диссипации энергии поступающей из вне, называют диссипативными системами. Данный термин был введен И.Пригожиным.
Сложные системы, обладающие такими свойствами как нелинейность, открытость, диссипативность называют самоорганизующимися. Другими словами, самоорганизующиеся системы – это системы которые без специфического воздействия из вне, приобретают пространственную, временную или функциональную структуру.
Наука, изучающая сложные самоорганизующиеся системы называется синергетикой. Главная идея синергетики – идея возможности спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации.
Каким же образом происходит развитие самоорганизующихся систем? Во-первых, должно произойти образование петли положительной обратной связи между системой и средой.
Система всегда развивается скачкообразно с появлением точек бифуркации, вокруг которых наблюдаются значительные флуктуации. Этот момент роль стохастических факторов возрастает. Именно в точках бифуркации происходит выбор пути развития системы.
В чем заключается различие между современной и классической картиной мира?
Современная картина мира включает в себя естественно – научное и гуманитарное знание. Она позволяет единообразно рассматривать явления живой и неживой природы.
Классическая картина мира рассматривает линейные системы с жестко обозначенной детерминацией. Механика выведена в ней на уровень доминанты.
9.4. Что такое «мутация» и какие мутации бывают? Как определить, что приобретенные признаки не наследуются? Какие виды изменчивости известны, в чем их сходства и отличия? Объясните, какая форма изменчивости дает исходный материал для естественного отбора в природе.
Мутация - стойкое изменение генотипа, происходящее под влиянием внутренних или внешних факторов. Способность мутировать – универсальное свойство всех форм жизни, оно лежит в основе наследственной изменчивости в живой природе.
По характеру изменения генетического аппарата мутации делятся на:
· Геномные – они характеризуются изменением числа хромосом в клетках организма.
· Хромосомные – эти мутации характеризуются изменением положения участков хромосом.
· Генные мутации заключаются в стойком изменении химического состава генов. Генные мутации могут быть доминантными и рецессивными.
По способу возникновения различают:
· Спонтанные мутации
· Индуцированные мутации
По зачатковому пути различают:
· Соматические мутации
· Генеративные мутации
По адаптивному значению различают:
· Положительные мутации
· Отрицательные мутации
· Нейтральные мутации
По локализации в клетке различают:
· Ядерные мутации
· Цитоплазматические мутации
В результате мутаций могут изменяться самые разнообразные признаки организма. Вероятность, с которой происходит мутация, называется частотой или темпом мутирования. Судьба этих измененных признаков зависит от того насколько эти изменения влияют приспособляемость и плодовитость. Другими словами, что бы определить наследуется приобретенный признак или нет, нужно проследить за развитием нескольких поколений.
С мутациями связан один из видов изменчивости – наследственная изменчивость. Причинами мутаций, а, следовательно, и наследственной изменчивости являются различные факторы среди них внешние жесткие излучения, химические причины, биологические агенты (например, вирусы). Она носит случайный ненаправленный характер, большинство мутаций рецессивные и не проявляются у гетерозигот. Это очень важно для существования вида. Несмотря на то что многие мутации оказывают негативное влияние, при изменении условий окружающей среды они могут стать полезными и носители этих мутаций получат преимущество в естественном отборе. Таким образом, можно сказать, что наследственная изменчивость даёт материал для эволюции, а естественный отбор определяет, насколько полезен возникший из – за мутаций признак.
Разновидностью наследственной изменчивости является комбинативная изменчивость. Её основой является рекомбинация генов, происходит постоянная перетасовка генов. Но при этом сами гены не меняются.
Следующим видом изменчивости является модификационная изменчивость. Модификационная изменчивость – это изменения признаков появляющиеся у всего потомства, какого – либо вида, вызванные изменением условий внешней среды. В отличие от наследственной изменчивости она не затрагивает генный аппарат организма и не передаётся по наследству. Модификационные изменения помогают приспособится популяции к изменяющимся условиям окружающей среды. Этот тип изменчивости не влияет на эволюционный процесс.