Термодинамика. Първи, втори, трети закон на термодинамиката
Термодинамиката е наука за топлинните явления, която изучава физическите процеси, протичащи по време на трансформацията на топлинна енергия.
Първият закон на термодинамиката: енергията не възниква от нищото и не изчезва в нищото, тя може само да се трансформира. Това е едно от основните положения на термодинамиката, което по същество е законът за запазване на енергията, приложен към термодинамичните процеси. Тя е формулирана в началото. 19 век.
Вторият закон на термодинамиката: спонтанното пренасяне на топлина от по-студено тяло към по-горещо тяло е невъзможно без други промени в системата или околната среда.
Третият закон на термодинамиката: невъзможно е да се охлади тяло до абсолютна нула (ентропията на физическата система, когато температурата клони към абсолютната нула, не зависи от параметрите на системата и остава непроменена).
Ентропията е необратимостта на реакцията (например при изгаряне на въглища в пещта на парен локомотив се отделя дим, невъзможно е димът да се превърне във въглища). Ентропията е функция, която изгражда система, която характеризира степента на безпорядък в системата.
Синергетиката е наука за самоорганизацията на сложни отворени системи. Самоорганизацията е процесът на формиране на все по-сложни и комплексни подсистеми в системата. Този процес е естествен. Този процес не е предизвикан от конкретно външно влияние. С други думи, самоорганизацията в общия смисъл е присъщата способност на материята да усложнява елементите и да създава все по-подредени структури в хода на своето развитие; в тесен смисъл това е скок, фазов преход на система от по-малко към по-подредено състояние. При самоорганизацията винаги възниква нещо ново, нещо, което не е съществувало преди. Самоорганизацията е интердисциплинарна област на знанието, водещият принцип на всичкосъвременна естествена наука, приложение към много предмети, науки.
В процеса на усложняване на системите се разграничават два взаимно допълващи се механизма: обединяване на части и разделяне (фракциониране) на системи. Механизми, базирани на тези два принципа, се намират на всички нива на сложност и ред, от макрокосмоса до мащабните структури на Вселената. На различни нива на сложност системата се основава на сили, които изглеждат от различно естество, но в крайна сметка всички те се свеждат до четири основни взаимодействия.
Другата страна на феномена на самоорганизацията е информационното съдържание, способността на система от всяко ниво да създава, натрупва, съхранява и използва информация, включително информация за посоката на нейното развитие.
Необходими условия за самоорганизация:
Отвореност на системата (взаимодействие с други системи, с околната среда): обмен на енергия, обмен на материя, обмен на информация при разграждане.
Образуване на циклични процеси
Принцип на люлка. Самоорганизацията не се среща навсякъде, а само в отделни, особено сложни части. Системата трябва да бъде потопена в друга система, по-голяма (като в люлка). Няма равенство. Природата на самоорганизацията е глобалната природа на деградацията и локалността на самоорганизацията.
Доста дълго време. За системата е по-лесно да не прави нищо, отколкото да прави нещо. Системата обикновено е в състояние на динамично равновесие, т.е. има някои процеси в системата, но като цяло не се променя.
Системата трябва да е достатъчно далеч от състоянието на термодинамично равновесие. В противен случай има по-голяма вероятност от деградация, отколкото от самоорганизация.
Нива на самоорганизация в природата:
Космологични - произходът на материята от вакуума, появата на барионна асиметрия,разделяне на различни видове фундаментални взаимодействия, образуване на протони и неутрони, образуване на водородни и хелиеви атоми, първична нуклеосинтеза, разделяне на атоми на материята и електромагнитно излъчване.
Астрофизични - образуването на галактики, звезди и планетарни системи, звезден нуклеосинтез, образуването в космоса на най-простите молекули до органичните.
Геофизични - формирането и еволюцията на литосферата, хидросферата и атмосферата на Земята като благоприятен резервоар за появата на сложни органични молекули.
Химични и биохимични - химична и биохимична еволюция на молекулите и молекулните агрегати.
Биологичен - биологична еволюция от появата на първите клетки до висшите животни и човека, формирането и развитието на общото в биосферата.
Ментално и интелектуално - умствена и интелектуална еволюция от появата на език и писменост, митология и религия до сегашното състояние на единна световна наука; опити за формиране на ноосферата.
Системата някой ден трябва да бъде в състояние на криза, когато всеки малък детайл може да доведе до непредсказуеми последствия, смърт на системата. Теорията на катастрофите от математическа гледна точка. Катастрофа е, когато с малко взаимодействие системата напусне предишното динамично състояние и влезе в ново състояние. Системата трябва да преживее катастрофата, за да се организира.
Бифуркацията е разклоняване на траекторията на тялото или по-нататъшен път на развитие на система в даден момент от времето. Ако предвиждането на самоорганизацията е възможно, тогава то е само ограничено, локално, защото състоянието на катастрофа е непредсказуемо - бифуркация: или системата се "възстановява", или "умира".