Самоорганизация, процессы

Общая теория процессов самоорганизации в открытых сильнонеравновесных системах развивается в нелинейной термодинамике на основе установленного Гленсдорфом и Пригожиным универсального критерия эволюции. Этот критерий является обобщением принципа минимальной скорости производства энтропии на нелинейные процессы. Ниже рассмотрен смысл этого критерия для систем как однородных, так и имеющих пространственную неоднородность. [c.354]

Пространственно-временная самоорганизация гетерогенного каталитического процесса. Одновременное протекание химической реакции и диффузии может привести к образованию периодических по пространству стационарных состояний — диссипативных структур [84—89]. Покажем возможность образования неоднородных стационарных состояний (макрокластеров) на примере механизма реакции окисления оксида углерода на платиновом катализаторе. Математическую модель поверхностной каталитической реакции с учетом поверхностной диффузии будем строить, исходя из следующих предположений [83]. Будем считать, что диффузия адсорбированного вещества X происходит за счет его перескока на соседние свободные места Z. Схема расположения занятых мест X и свободных мест Z на поверхности катализатора показана на рис. 7.10 (для наглядности взят одномерный случай). Пусть X, г — степени покрытия X та X соответственно, ро — вероятность перескока молекул с занятого места на свободное (микроскопическая константа), е — характерный размер решетки. Тогда скорость изменения г] = Ах М степени покрытия X в сечении [c.306]

Устойчивость химического процесса связана с проблемой внешних и внутренних флюктуаций как в (квази) равновесных, так и в сильно неравновесных системах. Флюктуации могут при некоторых условиях нарушать состояние системы (равновесное, или стационарное, или искусственно заторможенное неравновесное) и приводить к образованию новых устойчивых структур. Этот процесс "самоорганизации" может определять характер и особенности временной эволюции физико-хими-ческих (а также биологических, экологических и других) систем. [c.230]

Самоорганизация процессов гетерогенного катализа [c.300]

В основе рассмотренного механизма перехода молекул жидкости в возбужденное состояние лежат обусловленные самопроизвольно протекающими в жидкости флуктуациями процессы локальной самоорганизации структуры жидкости типа беспорядок— порядок . В последние годы такого рода процессам, приводящим к образованию пространственного порядка в физических, химических, гидродинамических и других системах, уделяется большое внимание. Возникла новая научная дисциплина— синергетика, изучающая процессы самоорганизации в различных системах [14, 15]. Описанный механизм возбуждения молекул в жидких углеводородах и их смесях — одно из проявлений изучаемых синергетикой процессов самоорганизации. [c.28]

С точки зрения проблемы самоорганизации, т. е. образования диссипативных структур и автоволновых процессов, важным является вопрос об устойчивости зе и существования кроме х периодических по пространству стационарных решений задачи (7.7)— [c.307]

Рассмотренный пример показывает, что соответствующим подбором параметров гетерогенно-каталитического процесса можно реализовать тот или иной вид его самоорганизации для достижения необходимой эффективности и избирательность каталитического процесса как саморегулируемой кибернетической системы. [c.310]

Математическая модель взаимодействия биополимеров. Такая модель, приводящая к самоорганизации макромолекул на основе селекции, сформулирована в [84, 85]. Эта система открытая, и в ней происходят полимеризация и распад полимеров, которые воспроизводятся в автокаталитическом процессе самокопирования. Процесс копирования компонентов происходит с ошибками, т. е. существует возможность образования ряда других веществ с новыми свойствами. Уравнения, описывающие динамику изменения полимеров в такой системе, имеют вид [c.310]

Диссипативные структуры и процессы самоорганизации в мембранах..............34 [c.3]

ДИССИПАТИВНЫЕ СТРУКТУРЫ И ПРОЦЕССЫ САМООРГАНИЗАЦИИ В МЕМБРАНАХ [c.34]

Общие положения такого подхода в принципе не противоречат известным принципам (см. главу 1) о возникновении ячеек самоорганизации в нелинейных неравновесных мембранных системах, поскольку возникающая в матрице неоднородная структура явно удалена от состояния равновесия, если иметь в виду характерные времена релаксации для структурных элементов полимерной матрицы. В известном смысле процессы переноса в таких системах приближаются к кооперативным явлениям, осложненными химическим взаимодействием проникающего вещества с другими компонентами в мембране. Следует заметить, что данные [18], послужившие основой такого рода обобщений, нуждаются в тщательной экспериментальной проверке. [c.104]

Доклад посвящен методологии и примерам применения при управлении и контроле процессами нефтегазодобычи адаптивных подходов и алгоритмов формализации интуитивных представлений экспертов, основанных на методах теории нечетких множеств, теории решения обратных задач, теории самоорганизации. [c.13]

Оценки, построенные на гауссовских статистических моделях распределения состава компонентов по термодинамическим функциям, позволяют сделать вывод о достаточно высокой вероятности спонтанной самоорганизации, которая, при учете статистических связей, возникает как вполне закономерный процесс. [c.19]

Сравнительно молодая область знаний — синергетика (теория самоорганизации сложных открытых неравновесных систем) рассматривает эволюцию как чередование порядка и хаоса. С этих позиций глобальный экологический кризис — всего лишь ускорение эволюционных процессов. Человек может успеть приспособиться к ним, а может и нет... В последнем случае кризис перерастает в катастрофу с возникновением хаоса — то есть беспорядочного движения материи. Однако вряд ли можно усмотреть наличие хаоса в самой материи, где каждая молекула содержит колоссальное количество информации о расположении атомов и элементарных частиц. А информация, как известно, есть мера упорядоченности Так что вряд ли доводы синергетики можно считать убедительными. [c.10]

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 открытых 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 Пригожина 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 [c.216]

Отличительной чертой второго — функционального — подхода к проблеме предбиологической эволюции является сосредоточение внимания на исследовании процессов самоорганизации материальных систем, на выявлении законов, которым подчиняются такие процессы. [c.199]

Практический опыт указывает на целесообразность такого изложения теоретической химии, в котором можно было бы проследить ход естественной эволюции химических систем от низших уровней организации — атомов — до самоорганизующихся систем предбиологической стадии. Совершающаяся в природе эволюция подчиняется не только химическим законам в узком смысле слова, и биологические закономерности нельзя сводить к химическим. Однако общий подход к процессам самоорганизации в точечных и распределенных системах уже принес успех и оказался полезным в химии, ферментологии, физике плазмы и даже в космологии. Значение общих законов не умаляется от того, что существуют и специфические для данного уровня организации закономерности некоторые из них, при внимательном исследовании, могут приобрести и общее значение. Поэтому целесообразно изучение особых признаков химических реакций, именно тех, которые все более отчетливо проявляются при переходе к биологии. [c.3]

Мы рассмотрим сначала вопрос о критерии эволюции с точки зрения термодинамики необратимых процессов, а затем обсудим кинетический аспект проблемы самоорганизации. [c.326]

Самоорганизация в химико-технологических системах имеет различные формы проявления. Одну из таких форм рассмотрим на примере процесса получения экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) из природных апатитов в двух технологических схемах 1) состоящей из емкостного экстрактора с перемешиванием и трехсекционного кристаллизатора без рецикла [c.37]

К настоящему времени изменился и сам подход к изучению кавитационных явлений. Предположение о важности термодинамически неравновесных процессов и механизмов самоорганизации в кавитационном поле, впервые высказанное в работах [2,3], в настоящее время получило дальнейшее развитие. На основе теории самоорганизации и формирования диссипативных структур рассмотрена физическая природа разрушения, кинетика образования карбенов и многие другие ранее не поддающиеся удовлетворительному объяснению эффекты [4]. [c.103]

Нестационарные режимы функционирования в сочетании с нелинейными характеристиками процессов вдали от равновесия приводят к качественно новым сложным формам поведения контактно-каталитических систем — хаотическим колебаниям, образованию диссипативных структур, явлениям самоорганизации сложных систем вдали от равновесия. Обнаружение этих новых форм поведения контактно-каталитических процессов открывает путь к научно-обоснованным методам создания кибернетически организованных контактно-каталитических процессов с заранее заданными статическими и динамическими свойствами. [c.18]

Оптамнзация промышленного процесса получения формальдегида окяс-.1ите.1ьным дегидрированием метанола на серебряном катализаторе с учетом самоорганизации [86]. Процесс самоорганизации, рассматриваемый на уровне химико-технологической системы, состоит в проявлении кооперативного действия мод и упорядочения, определяемого параметрами порядка [86], при этом образуются диссипативные структуры. Устойчивые состояния соответствуют некоторым точкам в фазовом пространстве координат системы (технологические режимы, конструктивные характеристики аппаратов). Эти состояния будем называть центрами самоорганизации. [c.312]

Обычно процесса оптимизируют в смысле некоторого технологического или экономического критерия. Оптимальному значению этого критерия в фазовом пространстве переменных соответствует некоторая оптималльная точка, которая, как правило, не совпадает с центром самоорганизации. Предла-лагаемый метод оптимизации с учетом самоорганизации основан на совмещении оптимальной по заданному критерию точки с центром самоорганизации за счет изменения технологических режимов или конструктивных параметров технологического аппарата. В этом случае система самоорганизуется по заданному критерию, что уменьшает затраты на создание оптимальной системы управления, повышает надежность работы реактора. [c.312]

В реакционно-диффузионных мембранах, где возникают, мигрируют и распадаются промежуточные химические соединения, массоперенос описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений, решение которых неоднозначно и сильно зависит от степени неравновесностн системы при этом в результате сопряжения диффузии и химической реакции возможно возникновение новых потоков массы, усиливающих или ослабляющих проницаемость и селективность мембраны по целевому компоненту. При определенных пороговых значениях неравно-весности, в так называемых точках бифуркации, возможна потеря устойчивости системы, развитие диссипативных структур, обладающих элементами самоорганизации. Это характерно для биологических природных мембран, а также для синтезированных полимерных мембранных систем, моделирующих процессы метаболизма [1—4]. [c.16]

Таким образом, энтропия поликомпонентности ифает созидающую роль в процессе эволюции природы. В этой связи справедливы ли рассуждения о тепловой смерти вселенной и негоэнтропии ЭПК важна для понимания процессов химической эволюции и самоорганизации вещества и означает отличную от нуля [c.29]

Современные достижения математики, технических, экономических наук 1и особенно кибернетики позволяют с успехом решать такие важные и сложные практические и теоретические задачи,, как непрерывность и оптималБНОСть планирования, соче-та ние плановых начал с принципами саморегулирования и самоорганизации. В настоящее время в Советском Союзе и за рубежом успешно разрабатываются математические методы специально для народнохозяйственного и производственного планирования, создается теория плановых расчетов, в основе которой лежит совместное использование трех методов балансового, метода моделирования народнохозяйственных процессов и метода выбора оптимального варианта пролрамм. [c.155]

Выдвинутая синергетикой концепция самоорганизации служит естественно-научным уточнением принципа самодвижения и развития материи. В противовес классической механике, синергетика рассматривает материю как массу, приводимую в движение внешней силой. В синергетике выявляется, что при определенных условиях и системы неорганической природы способны к самоорганизации. В отличие от равновесной термодинамики, признавшей эволюцию только в сторону увеличения энтропии системы, то есть беспорядка, хаоса и дезорганизации, синергетика впервые раскрыла механизм возникновения порядка через флуктуации, то есть отклонения системы от некоторого среднего состояния. Флуктуации усиливаются за счет нерав-новесности, расшатывают прежнюю структуру и приводят к новой из беспорядка возникает порядок. Самоорганизующиеся процессы характеризуются такими диалектическими противоречивыми тенденциями, как неустойчивость и устойчивость, дезорганизация и организация, беспорядок и порядок. По мере выявления общих принципов самоорганизации становится возможным строить более адекватные модели синергетики, которые имеют нелинейный характер, так как учитывают качественные изменения. Синергетика уточняет представления о динамическом характере реальных структур и систем и связанных с ними процессов развития, раскрывает рост упорядоченности и иерархической сложности самоорганизующихся систем на каждом этапе эволюции материи. Ее результаты имеют большое значение для установления связи между живой и неживой материей, а также раскрЕлтия процессов возникновения жизни на земле [179-185]. [c.169]

Вывод о возможности самоорганизации материи в условиях сильной неравновесности имеет большое мировоззренческое значение, поскольку выявляет путь, по которому законы природы приводят к появлению определенного порядка в неупорядоченных системах и затем к усложнению и развитию образовавшихся упорядоченных структур. М.Эйген в 60—70-е годы показал, что в сложных сильнонеравновесных системах с особыми каталитическими свойствами их некоторых элементов возможно возникновение процесса записи информации в виде некоторого молекулярного кода, с помощью которого становится возможным самовоспроизведение этих каталитических структур. Таким образом, нелинейная неравновесная термодинамика стала в настоящее время неотъемлемым элементом физико-химического обоснования всех гипотез о путях возникновения и эволюции жизни. [c.350]

Явления самоорганизации, наблюдаемые при неустойчивости стационарного состояния и приводящие к образованию временных и пространственно-временных диссипативных структур, могут возникать при протекании только неустойчивых нелинейных брутто-реакций, в которых, как было показано в разд. 18.4.2, хотя бы одна из элементарных реакций является кинетически необратимой и одновременно нелинейной по интермедиатам. Четкие минимально достаточные требования к схеме процесса, в котором возникают временные неустойчивости, пока не сформулированы. Однако во всех известных к настоящему времени примерах таких реакций скорость образования продукта реакции на одной из промежуточных стадий как минимум квадратично зависит от концентраций интермедиатов. [c.384]

О том, как конкретно в этой теории решается вопрос об оценке уровней химической организации вещества, будет сказано ниже. Здесь же можно пока ограничиться априорным сообщением о том, что результаты решения этого вопроса в теории А. П. Руденко во многом коррелируются с результатами, установленными Ю. А. Ждановым, а в ряде случаев и с постулатами актуалистических теорий биогенеза. Во всяком случае, сегодня общие и далеко не всегда определенные представления о законах и порядке в процессах перехода химических систем на более высокие уровни упорядоченности приобрели конкретные формы и содержание. А это дает возможность направленно, более осознанно и адекватно оперировать в химии понятием самоорганизация . [c.193]

Саморазвитие, самоорганизация и самоусложнение ЭОКС... происходят за счет постоянного потока трансформируемой в ЭОКС энергии, А так как основным источником энергии является базисная реакция, то максимальные эволюи,ионные преимущества получают ЭОКС, развивающиеся на базе реакций с самым большим сродством (экзотермические реакции). Этим обеспечивается возможность отбора эволюционных процессов по виду базисной реакции и типу основного метаболизма ЭОКС [24, с, 399]. [c.205]

Что же, для такого определения есть веские основания И дело не столько в том, что когда-то Я. Г. Вант-Гофф в своих Очерках по химической динамике , как считают М, Г. Слинько и Г. С. Яблонский, вкладывал в это понятие именно эволюционный смысл [28, с. 155], с чем трудно согласиться, так как у Вант-Гоффа ие было и намека на постановку проблем самоорганизации и хемогенеза. Дело в том, что нестационарная кинетика, или, по М. Г. Слинько, динамика химических процессов , действительно проникнута экспериментальным материалом, свидетельствующим о самоорганизации и саморазвитии химических систем, и вследствие этого эволюционными идеями. [c.208]

Анализ вопроса этот автор начинает с рассмотрения возможных путей образования высокомолекулярных последовательностей — носителей информации . Роль последовательностей могут выполнять, например, остатки аминокислот, соединенные в полипептидные цепи. И белки и нуклеиновые кислоты — носители кода самоорганизация и эволюция должна начаться на уровне са-мовоспроизводящегося кода. Обсуждая вопрос о процессах сборки и распада поли.меров, протекающих в ящике конечного объема, через стенки которого могут втекать и вытекать мономерные единицы (высоко- и низкоэнергетические), Эйген приходит к выводу, что при oт yт твии самоинструктирования ожидаемое значение числа цепей с любой данной последовательностью практически равно нулю. Необходимо придать динамические свойства носителям информации , а в теории отбора должен фигурировать параметр, выражающий селективное преимущество через молекулярные свойства. [c.383]

Успешное развитие химии в целом как интегральной науки невозможно без гармоничного развития частных (дифференцированных) химических наук, но не изолированных, а взаимно дополняющих и обогащающих друг друга. В этом смысле надо признать, что классическая химия в последние годы замегно отстает в своем развитии от некоторых естественно-химических наук, таких как геохимия, биохимия, биофизическая химия и др. Наиболее важный их вывод, который следует перенять науке о свойствах вещества - это то, что существуют чрезвычайно простые и универсальные законы функционирования и развития как живой, так и неживой природы, законы, общие для физических, химических и биологических процессов. Установлено, что поведение химических и биологических субстратов генетически строго закодировано. Используя эти представления, вслед за кибернетикой появилась (1980 г. Г. Хакен [31, 32]) новая интегральная междисциплинарная наука, получившая название синергетика - наука о самоорганизации сложных систем, устойчивости и распаде структур различной природы. Одновременно с синергетикой Б. Мандельбротом (1980 г. [33]) была предложена теория фракталов - структур, состоящих из частей, подобных целому и обладающих дробной мерностью. Благодаря этой теории появилась возможность математически описывать системы необычной сложности, которые считались хаотическими [34]. Было установлено, что практически все окружающие нас объекты в том или ином аспекте проявляют фрактальные свойства. Следствием философского обобщения этой теории явилась идея единства материального мира, о том, что мир зиждется на неких законах, и все процессы мира имеют единое происхождение и аналогичные законы поведения. Исключительно прав А. Пуанкаре, утверждая, что наука развивается по направлению к единству и простоте . [c.16]

Показано, что применение принципа самоорганизации моделей применительно к технологическим процессам производства УКМ позвлояет на ограниченном экспериментальном материале получать минимальные по сложности адекватные модели, обеспечивающие эффективное управление последними. Использование рассматриваемого метода в диалоге человек — ЭВМ дает возможность резко повысить эффективность анализа данных и увеличить объективность и достоверность получаемых результатов. Приведены примеры применения МГУА в технологических исследованиях. [c.155]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология