Основные принципы системного подхода

• Целостность, позволяющая рассматривать одновременно систему как единое целое и в то же время как подсистему для вышестоящих уровней.

• Иерархичность строения, то есть наличие множества (по крайней мере, двух) элементов, расположенных на основе подчинения элементов низшего уровня элементам высшего уровня. Реализация этого принципа хорошо видна на примере любой конкретной организации. Как известно, любая организация представляет собой взаимодействие двух подсистем: управляющей и управляемой. Одна подчиняется другой.

• Структуризация, позволяющая анализировать элементы системы и их взаимосвязи в рамках конкретной организационной структуры. Как правило, процесс функционирования системы обусловлен не столько свойствами её отдельных элементов, сколько свойствами самой структуры.

• Множественность, позволяющая использовать множество кибернетических, экономических и математических моделей для описания отдельных элементов и системы в целом.

• Системность, свойство объекта обладать всеми признаками системы.

66) Каж­дая эпоха имела свои особенности, и эволю­ция человека прошла три этапа с различной долей биологического, социального и природного (н. А.Агаджанян с соавт., 1998).

На первом этапе – человек адаптировался в основном к окружающим его “враждеб­ным” природно-климатическим условиям.

В каменном веке люди не доживали до зрелого воз­раста, смертность среди них была высока. Этому способствовали “враждебные” силы природы, утомитель­ный поиск и нехватка пищи, хищные звери, эпидемии, высокая детская смертность. Плотность населения была очень низкой. По оценкам ис­следователей, к началу палеолита (1 млн. лет назад) численность людей на Земле составляла 125 тысяч человек.

Около 300 тысяч лет назад с наступлением мезолита численность людей достигла 1 млн. Люди уже жили и в Евразии. Жизненные условия улучшились благодаря использованию пещер и огня.

В позднем палеозое, 25 тыс. лет на­зад, численность населения перевалила за 3 млн., что было обусловлено изменением общест­венной организации.

В период неолита произо­шел первый демографический взрыв. Этому способствовало создание орудий труда, из­менение образа жизни. «Охотник» переходит на оседлый образ жизни, приручает жи­вотных, культивирует растения.

На втором этапе общественного развития по мере совершенствования технических средств появляется возможность адапти­ровать окружающую природу для потребностей человека, это увеличивает продолжительность жизни и численность населения. За несколько тысячелетий население возросло до 250 млн. человек.

С этого периода начинает быстро развиваться про­мышленность, улучшается благо­состояние людей. В ре­зультате, с середины XIX века отмечается демографический взрыв. Этому способствуют также достижения медицины.

В XX столетии человечество пе­решло к третьему этапу. В условиях современной экономики человеку приходится адапти­роваться к им же созданным антропогенным факторам. Темпы изменений в окружающей среде столь велики, что за ними не поспевают научно-технические знания. Это требует незамедлительных обдуманных действий.

В последнее время в антропологии все более активно применяют методы

иммунологии, молекулярной биологии и цитогенетики. В связи с огромной

важностью этих методов остановимся на них подробнее. Для определения

прямого родства организмов друг с другом используют иммунологический метод,

основанный на изучении иммунологических реакций антиген - антитело. Его

можно применять для изучения степени родства не только современного

человека с человекообразными обезьянами, но и ныне живущих видов с

ископаемыми. Для этого следовые количества белка, извлекаемые из костей

ископаемых форм, используют для получения антител, которые и применяют в

иммунных реакциях с белками современных видов. Из современных

человекообразных обезьян к человеку иммунологически наиболее близок

шимпанзе, наиболее далеко от человека отстоит орангутан.

Иммунологическим методом было обнаружено, что белки рамапитека,

человекообразной обезьяны Южной Азии (абс. возраст 13 млн. лет), более

сходны с белками орангутана, чем человека и шимпанзе. Эти данные вместе с

результатами морфологических и палеонтологических сопоставлений заставили

отказаться от представления о том, что рамапитек является прямым предком

человека, и связать его с эволюционной линией орангутана. Из этого следует,

что разделение человеческой линии эволюции с африканскими человекообразными

обезьянами произошло значительно позже, чем 13 млн. лет назад.

В последние годы антропогенез эффективно изучают также биомолекулярными

методами. В основе этих методов изучения эволюции лежит допущение, что мера

сходства двух таксонов соответствует мере их родства. Поэтому организмы,

имевшие общего предка в недалеком прошлом, будут более сходными друг с

другом, чем имевшие его очень давно. Сущность биомолекулярных методов

состоит в использовании данных, полученных при сопоставлении белков и

нуклеиновых кислот организмов разных видов для определения их родства и

древности соответствующих филогенетических ветвей. При этом считают, что

степень различий в аминокислотном составе белков и в нуклеотидных

последовательностях ДНК позволяет судить о времени расхождения сравниваемых

видов от предковой формы. Естественно, что оценивать степень родства и

давность расхождения филогенетических ветвей можно лишь по накоплению

нейтральных мутаций в геноме, так как вредные мутации быстро элиминируются

из генофондов. В действительности нельзя считать большинство мутаций

селективно нейтральными.

67) Теория относительности – это попытка описания основ окружающего нас физического мира с наиболее фундаментальной точки зрения, основываясь на понятиях пространства и времени. Эту теорию разработал Швейцарский ученый Альберт Эйнштейн в начале 20 века. Он исходил из того, что любая материальная вещь существует не «сама по себе» обособленно от других вещей в некоем «абсолюте», а движется относительно других материальных объектов в пространстве и времени. Эта теория впервые увязала в систему четыре фундаментальных понятия: Материя-Энергия-Пространство-Время. Эта теория перевернула научные представления своего времени и стала основой физики (науки об окружающем нас физическом мире).

68) Загрязнением называют поступление в окружающую природную среду любых твердых, жидких и газообразных веществ, микроорганизмов или энергий (в виде звуков, шумов, излучений) в количествах, вредных для здоровья человека, животных, состояния растений и экосистем. Более развернутую характеристику этого понятия приводит известный французский ученый Ф. Рамад (1981): «Загрязнение есть неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом человеческой деятельности, прямо или косвенно меняет распределение приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические свойства окружающей среды и условия существования живых существ. Эти изменения могут влиять на человека прямо или через сельскохозяйственную продукцию, через воду или другие биологические продукты (вещества)». По объектам загрязнения различают загрязнение поверхностных и подземных вод, загрязнение атмосферного воздуха, загрязнение почв и т. д. В последние годы актуальными стали и проблемы, связанные с загрязнением околоземного космического пространства. Источниками антропогенного загрязнения, наиболее опасного для популяций любых организмов, являются промышленные предприятия (химические, металлургические, целлюлозно-бумажные, строительных материалов и др.), теплоэнергетика, транспорт, сельскохозяйственное производство и другие технологии. Под влиянием урбанизации в наибольшей степени загрязнены территории крупных городов и промышленных агломераций. Природными загрязнителями могут быть пыльные бури, вулканический пепел, селевые потоки и др. По видам загрязнений выделяют химическое, физическое и биологическое загрязнение (рис. 12.2; по Н. Ф. Реймерсу, 1990; с изменениями). По своим масштабам и распространению загрязнение может быть локальным (местным), региональным и глобальным. Количество загрязняющих веществ в мире огромно, и число их по мере развития новых технологических процессов постоянно растет. В этом отношении «приоритет», как в локальном, так и в глобальном масштабе, ученые отдают следующим загрязняющим веществам: — диоксиду серы (с учетом эффекта вымывания диоксида серы из атмосферы и попадания образующихся серной кислоты и сульфатов на растительность, почву и в водоемы); — тяжелым металлам: в первую очередь свинцу, кадмию и особенно ртути (с учетом цепочек ее миграции и превращения в высокотоксичную метилртуть); — некоторым канцерогенным веществам, в частности бенз(а)пирену; — нефти и нефтепродуктам в морях и океанах; — хлорорганическим пестицидам (в сельских районах); — оксиду углерода и оксидам азота (в городах).

Физические загрязнения

тепловые шумовые радиоактивные электромагнитны

Химические загрязнения

тяжелыми металлами пестицидами отдельными химическими веществами и элементами СПАВ пластмассами

Биологические загрязнения

биогенные

микробиологические

генная инженерия

69) Живая материя делится на девять уровней организации: молекулярный, субклеточный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой, системный и биосферный.

 Молекулярный уровень. (ДНК, РНК, Белки, Жиры, Углеводы). Хранение и передача наследственной информации, строение органических молекул, их функции;

 Субклеточный (Ядро, Цитоплазма, Митохондрия);

 Клеточный (Клетка – это структурная единица всего живого). Существует 4 типа клеток: грибные, животные, бактериальные, растительные;

 Тканевый (Ткань – это совокупность одинаковых клеток и межклеточного вещества, имеющих определенное строение и выполняющих одинаковые функции). Всего существует 4 типа тканей: грибные, животные, бактериальные и растительные;

 Органный (Печень, почки, мозг);

 Организменный (Вирусы, бактерии, животные, грибы, растения, животные);

 Популяционно-видовой. (Вид – это совокупность сходных между собой по определенному признаку, способных скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство. Популяция – это совокупность особей одного вида, занимающих определенную географическую территорию);

 Системный (Экологическая система, круговорот, взаимоотношения в природе);

 Биосферный (Совокупность всего, что находится на земле). Состоит из гидросферы, атмосферы, литосферы.

70)Симметрия (от греч. symmetria – соразмерность) – однородность, пропорциональность, гармония, инвариантность структуры материального объекта относительно его преобразований. Это признак полноты и совершенства. Лишившись элементов симметрии, предмет утрачивает свое совершенство и красоту, т.е. эстетическое содержание.

Принципы симметрии делятся на пространственно-временные (геометрические или внешние) и внутренние, описывающие свойства элементарных частиц. Среди пространственно-временных принципов симметрии можно выделить следующие:

· Сдвиг системы отсчета не меняет физических законов, т.е. все точки пространства равноправны. Это означает однородность пространства.

· Поворот системы отсчета пространственных координат оставляет физические законы неизменными, т.е. все свойства пространства одинаковы по всем направлениям, иными словами пространство изотропно. Например, свойства палки не меняются, если ее переворачивать в воздухе. А вот свойства корабля значительно изменятся, если он перевернется в воде, так как на границе раздела воды и воздуха свойства пространства разные. Таким образом, симметрия пространства означает, что в пространстве действия физических законов нет выделенных точек и направлений, оно однородно.

· Сдвиг во времени не меняет физических законов, т.е. все моменты времени объективно равноправны. Время однородно. Это означает, что можно любой момент времени взять за начало отсчета. Этот принцип означает закон сохранения энергии, который основан на симметрии относительно сдвигов во времени. Период колебаний маятника "ходиков" не изменится, если отсчитать его в полдень или в полночь, т.е. законы физики не зависят от выбора начала отсчета времени.

· Законы природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Этот принцип относительности является основным постулатом специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна. В соответствии с принципом симметрии можно произвести переход в другую систему отсчета, движущуюся относительно данной системы с постоянной по величине и направлению скорости. Например, можно перейти из вагона поезда в машину, если уравнять их скорости.

· Зеркальная симметрия природы – отражение пространства в зеркале – не меняет физических законов.

· Фундаментальные физические законы не меняются при обращении знака времени. Необратимость, существующая в макромире, имеет статистическое происхождение и связана с неравновесным состоянием Вселенной.

·  Замена всех частиц на античастицы не влияет на физические законы, не меняет характера процессов природы.

В современной физике обнаружена определенная иерархия законов симметрии: одни выполняются при любых взаимодействиях, другие же – только при сильных и электромагнитных. Эта иерархия отчетливо проявляется во внутренних симметриях. Внутренние симметрии действуют в микромире. В релятивистской квантовой теории предполагается взаимное превращение элементарных частиц:

·  при всех превращениях элементарных частиц сумма электрических зарядов частиц остается неизменной, т.е. до и после превращения сумма зарядов частиц должна остаться неизменной;

·   барионный или ядерный заряд остается постоянным;

·   лептонный заряд сохраняется.

Особую значимость для познания природы приобрел закон сохранения энергии как отражение симметрии времени – его однородности. Поэтому подробнее остановимся на понятии энергии и роли закона сохранения энергии в естествознании. В основе всех явлений природы лежит движение материи и взаимодействие материальных объектов. Существуют различные формы движения материи, и различные типы взаимодействий. Для описания каждого из них в науке вводятся специфические физические величины. Например, механическое движение характеризуется скоростью, импульсом, моментом импульса. Для описания тепловых процессов используются температура, теплота и т.д. Взаимодействие различных типов отображается различными силами. Все такие величины отражают качественные особенности различных форм движения материи и взаимодействия. Опыт обнаруживает, что различные формы движения и взаимодействия могут, кроме специфических величин, характеризоваться также величиной, которая с равным правом относится к ним ко всем. Такой физической величиной является энергия. Энергия есть общая мера различных форм движения и взаимодействия всех видов материи. Установленный экспериментально закон сохранения и превращения энергии утверждает, что суммарная энергия изолированной системы не изменяется. При эволюции системы могут изменяться доли энергий различного вида, что объясняется переходом энергии из одного вида в другой.

Как известно, с понятием энергии тесно связаны понятия работы, мощности, коэффициента полезного действия. Все они являются вспомогательными. Понятие работы служит для описания перехода энергии из одной формы в другую. В термодинамике таким же вспомогательным понятием является "количество теплоты". Понятие мощности служит для характеристики скорости энергообмена. Мощность есть скорость преобразования энергии из одного вида в другой вид. Это понятие широко используется в технике. Оно характеризует способность технического устройства преобразовывать один вид энергии в другие ее виды. Эффективность такого преобразования энергии характеризует величина, известная как коэффициент полезного действия (к.п.д.). Обмен энергией между множеством природных систем обусловливает объединяющую роль энергии в природе и в естествознании. Преобразование энергии происходит в любых природных процессах, и выполняющийся при этих преобразованиях закон сохранения и превращения энергии связывает все явления природы воедино. Он выполняется, естественно, и при протекании сложных, комплексных природных явлений, например, энергообмена в живых организмах, климатических процессов, химического превращения веществ, а, следовательно, может быть положен в основу количественных расчетов всех этих процессов.

Как уже отмечалось, законы сохранения работают как принципы запрета. Например, законы сохранения энергии, импульса и момента импульса. Эти законы не дают прямых указаний, как должен идти тот или иной процесс. Они лишь говорят о том, какие процессы запрещены и потому в природе не происходят. Любой процесс, при котором нарушился бы хоть один из законов сохранения, запрещен. И наоборот – всякий процесс, при котором законы сохранения не нарушаются, в принципе может иметь место, если при этом не нарушаются другие фундаментальные законы природы.

71) Здесь необходимо остановиться на терминологии. Что такое порядок и беспорядок, хаос? Порядок – регулярное (периодическое) расположение частиц, объектов, предметов по всему занимаемому пространству (объему); последовательный ход чего-нибудь; правила, по которым совершается что-нибудь; числовая характеристика той или иной величины. Это исходное понятие теории систем, означающее определенное расположение элементов или их последовательность во времени. Хаос (греч.) – полный беспорядок, нарушение последовательности, стройности, неразбериха, неопределенное состояние вещества. В физику понятие хаоса ввели Больцман и Гиббс.

Многие считают, что эти понятия не имеют отношения к реальной картине Мира и придают им оценочное (эмоциальное) значение. Относительность этих понятий очевидна. Ночью, взглянув на небо, мы видим хаос из блестящих точек. Но, взглянув на небо в телескоп, мы понимаем, что там есть порядок в виде звездных систем, галактик и т.д. По мнению древних греков, космос характеризовался такими словами, как порядок, гармония, красота, и выполнял две функции – упорядочивающую и эстетическую, т.е. имел структурную организацию и одухотворенность. Происхождение космоса – акт творения его из беспорядка (хаоса), представлялся как процесс "лепки", совершаемой божественным умом. Философ Анаксагор писал: "Все вещи были вперемешку, бесконечные по множеству и по малости, так как и малость была бесконечной. И пока все было вперемешку, ничто не было ясно различимо: все обнимал аэр (туман) и эфир, оба бесконечные. Ибо изо всех тел, которые содержатся во Вселенной, эти два самые большие и по малости и по величине. Ум же есть нечто неограниченное и самовластное и не смешан ни с одной вещью, но единственный сам по себе... И совокупным круговращением мира правит ум, так что благодаря ему круговращение вообще началось".

Современное представление наделяет хаос неопределенностями, движением в форме несогласованных изменений (флуктуаций) любых количественных характеристик, вводит формальные понятия связанных степеней свободы, где под степенями свободы понимается количество независимых параметров движения, параметров состояния. В хаотическом состоянии не образуется устойчивых во времени структур, отсутствуют согласованные направленные процессы.

Категорией противоположной хаосу является антихаос, или порядок. Под порядком сегодня понимают наличие в системах устойчивых движений, существование "закономерности", "запоминаемость" определенных конфигураций. Одним из основных признаков упорядоченного состояния является уменьшенное по сравнению с хаотическим числом параметров, определяющих это состояние, наличие связей в системе и согласований между параметрами. С точки зрения кодирования, порядок требует меньшего количества символов для записи состояния, чем беспорядок.

В греческой мифологии слово chaos означало первобытное состояние мира, из которого образовался космос – мир, мыслимый как упорядоченное единство. Оппозиция хаос-космос аналогична диадам тьма-свет, земля-небо, натура-культура. В современном представлении хаос – беспорядочное, бесформенное, неопределённое состояние вещей, так что антитезой хаосу обычно является порядок, причём хаос – это бесструктурность, неустойчивость, стихийность; порядок – это структурность, устойчивость, организованность. Отчётливо напрашивается вывод, что хаос – это плохо, а порядок – это хорошо.

Однако, как сказал Антуан де Сент-Экзюпери, "Жизнь создаёт порядок. Порядок же бессилен создать жизнь". А Поль Валери ещё в 1919 г. предупреждал: "Две опасности не перестанут угрожать миру: порядок и беспорядок". Абсолютный порядок и абсолютный хаос одинаково грозят гибелью. Выходит, что при всём стремлении к упорядочению какая-то доля хаоса для жизни необходима.

Жизнь течёт неравномерно. Спокойные периоды сменяются напряжёнными критическими состояниями, когда решается, каким будет дальнейший путь. В такие моменты определяющую роль играет не порядок, а хаос. И без этой неупорядоченной, неконтролируемой, случайной компоненты были бы невозможны качественные изменения, переходы в существенно новые состояния.

По существу порядок и хаос это лишь крайние состояния одного и того же явления – состояние эволюционирующей материи, которая беспрерывно и направлено самоорганизуется. Сама эволюция носит сложный характер и не является ни полностью упорядоченным, ни полностью разупорядоченным процессом. В этом смысле она как бы подчиняется законам гармонии между порядком и хаосом, смысл которых отражает понятие "золотого сечения", введенного много веков назад Птолемеем для обозначения пропорциональности правильного телосложения.

Так проявляется конструктивная роль хаоса. Е. Н.Князева, раскрывая синергетическое представление о хаосе, пишет:

1) хаос необходим для выхода системы на один из аттракторов;

2) хаос лежит в основе механизма объединения простых структур в сложные путём синхронизации темпов развития;

3) хаос – механизм переключения режимов, средство борьбы со смертью.

Принцип возрастания энтропии сводится к утверждению, что энтропия изолированных систем неизменно возрастает при всяком изменении их состояния и остается постоянной лишь при обратимом течении процессов В связи с развитием теплотехники ученые в прошлом веке пришли к простому, но удивительному закону, потрясшему человечество. Этозакон (иногда его называют принцип ) возрастания энтропии (хаоса) во Вселенной. Этот закон не опровергнут до сих пор, все попытки его обойти, хитроумные опровержения, неизменно рассыпались при тщательном научном рассмотрении. Говоря проще, этот закон утверждает, что любая сложная структура может только упрощаться, т.е. разрушаться. Другими словами, это значит, что энергия в материальном мире может только рассеиваться, но не может сама собой концентрироваться. Из закона возрастания энтропии (второго закона термодинамики), в частности, следует, что тепловая энергия может переходить только от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой, но никак не наоборот. Отсюда вытекает очевидное следствие, что рано или поздно наступит так называемая «Тепловая смерть Вселенной», т.е. температура всех её частей выровняется, все процессы (включая жизнь) прекратятся и Вселенная застынет в мертвом вечном равновесии. Однако этот закон справедлив только для изолированной однородной системы, т.е. системы без притока или оттока энергии, имеющей однотипную структуру. Земля, к счастью, как и многие другие планеты, относится к так называемым открытым системам. Она непрерывно получает мощный поток лучистой энергии от Солнца и избыток этой энергии также непрерывно излучает обратно в космическое пространство. Причем разные части Земли получают и отдают энергию неодинаково. Энтропия этих частей разная, между ними происходит обмен энергией, переход её из одной формы в другую. Вот почему мы наблюдаем течение рек, дожди, ветры, грозы, бури, землетрясения и другие природные явления.

72)