Динамические и статистические закономерности в природе

Со времени создания в XIX в. кинетической теории газов возникла фундаментальная проблема отыскания таких ключевых свойств динамических систем, которые с необходимостью приводят к невозможности их детерминированного описания. Речь шла о вопросе возникновения вероятностного описания в системе, которая изначально имеет, казалось бы, только свойства детерминизма. Именно тогда помимо динамических закономерностей ввели и статистические.

Лишь в конце 40-х гг. XX в. советский физик Николай Сергеевич Крылов (1917—1947) в своих исследованиях по обоснованию статистической физики показал, что одна классическая механика не может служить основой для статистической физики. Ее необходимо дополнить следующими основополагающими принципами:

• 1. Неустойчивость рассматриваемой системы. Этот принцип выделяет те динамические системы, эволюция которых должна описываться статистически.
• 2. Неопределенность начального состояния системы. Это ограничение «точности» определения начального состояния системы. Вследствие всегда присутствующего возмущения системы при проведении измерения исходное положение системы принципиально не может быть определено сколь угодно точно.

Сегодня стало ясно, что существуют довольно простые с точки зрения их математического описания системы, у которых на некотором этапе их эволюции возникает свойство динамического хаоса. Это свойство является следствием только нелинейности и неустойчивости таких систем.

Определение состояния стохастической системы отличается от способа определения состояния динамических систем. Учет статистических законов и теорий обязателен при описании физических закономерностей. Ведь любой известный сегодня природный процесс подвержен различным флуктуациям. Поэтому учет статистических закономерностей повышает точность описания физических систем.

Смена динамических теорий статистическими не означает, что старые теории отменены и сданы в архив. Динамические теории сохраняют свою ценность, когда не выходят за границы своей применимости.

Законы сохранения энергии в макроскопических процессах.

Обычно, когда говорят о сохранении энергии для макроскопического процесса, речь идет о механической, тепловой и внутренней энергии, которые определяются термодинамическим состоянием. Но надо понимать, что в макроскопической системе измерить энергию непосредственно нельзя. Ее можно определить из опытных данных косвенно, средствами термодинамики, но лишь с точностью до некоторой постоянной. Для этого следует знать теплообмен системы с окружающей средой и работу, совершаемую системой.

Закон сохранения энергии в макроскопических процессах опирается на ряд представлений:

• • энергия есть единая мера различных форм движения материи, но механическая и тепловая энергия — это только два вида энергии из целого ряда других;
• • в природе количество энергии неизменно, она не возникает из ниоткуда и никуда не исчезает, а лишь перетекает из одной формы в другую;
• • при любых изменениях, происходящих в замкнутых системах, их полная энергия не изменяется.

Порядок и беспорядок в природе, хаос.

Порядок — это наличие в системе устойчивых движений, существование закономерностей, запоминание определенных конфигураций. При наличии порядка для описания системы требуется меньшее число параметров, чем при описании хаотического состояния. То есть для описания порядка требуется меньшее количество символов, чем для описания хаотичности.

Хаос — термин, заимствованный из греческой литературы и философии, обозначающий бесформенную совокупность материи и пространства, противоположность порядку.

Сегодня мы представляем хаос как неопределенность, несогласованность движения, наличие флуктуаций любых количественных характеристик. В хаотическом состоянии нет согласованных и направленных процессов, отсутствуют устойчивые структуры.

В процессе эволюции материя переходит из состояния упорядоченности в состояние хаотизации и обратно, но при этом не достигает ни полного порядка, пи полного хаоса.