Сибирский государственный медицинский университет г. Томск.

Целью этой работы является ознакомление с основными понятиями и терминами, необходимых для осознания и понимания открытых систем. В наше время научный мир не может существовать вне открытых систем. Эти сведения необходимы в биологии, химии, физике, социологии, медицине и многих других научных дисциплинах.
Возникновение физики открытых систем было подготовлено трудами выдающихся исследователей девятнадцатого столетия: физика Людвига Больцмана, математиков Анри Пуанкре и Александра Ляпунова, и конечно, биолога Чарльза Дарвина.XIX век накопил большое количество предпосылок к пониманию открытых систем, ведь это век развития термодинамики, в XIX веке были заложены и основы современной молекулярно- кинетической теории материи. Одним из его основателей был Людвиг Больцман. Он предложил первое кинетическое уравнение для описания необратимых процессов в газах. Оно описывает установление равновесного состояния в газе. Именно Больцман понял, что в замкнутых системах энтропия может служить мерой относительной степени хаотичности. Тем самым на первое место он поставил принцип биологической эволюции. Основным движущим фактором была уверенность Больцмана в том, что развитая им теория временной эволюции газа в замкнутой системе будет обобщена и на открытые системы. К числу последних относятся и все биологические объекты. Теория эволюции Дарвина и была таким образом, первым шагом в теории эволюции открытых систем. Все эти факторы повлияли на то, что уже на пороге ХХ столетия научное сообщество стояло перед фактом необходимости развития теории неравновесных процессов в физических и биологических системах, которое в свою очередь являлось и является по сей день одной из важнейших задач естествознания. Первым принципиальным шагом в этом направлении была развитая Альбертом Эйнштейном, Марианом Смолуховским и Полем Лажевеном теория броуновского – хаотического движения малых, но все же макроскопических частиц в жидкости. Его причиной являются толчки со стороны молекул жидкости. Таким образом, система броуновских частиц представляет пример открытой системы. Далее статической теорией открытых систем были сделаны последующие, принципиальные шаги. Для этого понадобились новые идеи, новые образы и понятия: самоорганизация, синергетика и, наконец, непосредственно физика открытых систем.
Открытые системы, которые могут обмениваться с окружающими телами энергией, веществом и что не менее важно, информацией. Благодаря сложности открытых систем в них возможно образование новых структур. Важно, что вся диссипация при этом играет положительную роль. Это позволило И. Пригожину ввести термин диссипативные структуры. Сложность открытых систем, так же, представляет широкие возможности для существования в них коллективных явлений. Чтобы подчеркнуть роль коллектива, роль кооперации, при образовании диссипативных структур, Герман Хакен ввел термин синергетика, что означает совместное действие. Синергетика – есть новое междисциплинарное научное направление, цель которого – выявление общих идей, общих методов и общих закономерностей в самых разных областях естествознания. И хотя синергетика родилась на базе термодинамики и статистической физики, т.е. в основе теории открытых систем лежат фундаментальные физические законы, она позволяет взаимодействовать этим законам с законами других дисциплин. Наиболее важную роль среди них играют законы эволюции.
Эволюция- это процесс изменения, развития в природе и обществе. Теория эволюции Дарвина основана на принципе естественного отбора. При этом эволюция может вести либо деградации, либо представить собой процесс самоорганизации, в ходе которого возникают более сложные и более совершенные структуры. Главной проблемой становится определение пути, по которому пойдет эволюция. Для этого необходимо установить количественные критерии относительной степени хаотичности или упорядоченности системы. Результатом такого анализа становится определение нормы хаотичности и отклонений от нее. Этот процесс весьма сложен, так как мы сталкиваемся с понятиями, которые до сих пор не имеют четких определений: хаос, порядок, деградация, самоорганизация.
Сложность так же иногда вызывает и отличие хаотического движения от упорядоченного, но очень сложного. Для характеристики такого движения используют понятие динамический хаос. Пример динамического хаоса может служить конвективное движение в газах и жидкостях. При этом возникают новые диссипативные структуры (в данном примере ячейки Бенара). Способны они возникнуть только в тех системах, которые описываются нелинейными уравнениями для макроскопических функций, при подстановке в которые определенных значений управляющих параметров допускается изменение симметрии решения.
Для описания движения, характеризуемого динамическим хаосом, используют динамическое описание сложных движений. Оно имеет место быть, если тело точно воспроизводит траекторию при тех же начальных условиях. В противном случае говорят о статистическом (стохастическом) движении. На сегодняшний день противостояние между динамическим и статистическим описаниями движения осталось в прошлом веке. Сейчас наблюдаются тенденции синтеза этих двух направлений. В динамической теории же на первый план вышло понятие так называемого странного аттракора. Это притягивающая область для траекторий из окрестных областей. При этом все траектории внутри странного аттракора динамически неустойчивы.
Выводы:
Показано исследованиями, что в сравнительно простых динамических системах существуют чрезвычайно сложные движения, которые воспринимаются как хаотические.
для нормального организма нужна некоторая норма степени хаотичности. Для ее определения о поддержания необходимы количественные оценки относительной степени хаотичности.
благодаря динамической неустойчивости движения происходит перемешивание траекторий в фазовом пространстве. Это открывает возможность ввести понятие “сплошная среда” и использовать вместо микроскопических уравнений движения частиц газа приближенные уравнения для макроскопических функций.

Список литературы:
1. Пригожин, И. От существующего к возникающему / И. Пригожин. – М.: Наука, 1985г.
2. Хакен, Г. Синергетика / Г. Хакен. – М.: Мир, 1980г.
3. Климонтович, Ю.Л. Статистическая теория открытых систем / Ю.Л. Климонтович – М.: Янус, 1995г.
4. Климонтович, Ю.Л. Физика открытых систем. Успехи физических наук / Ю.Л. Климонтович – 1996г, Т, 168
5. Самоорганизация в науке / Под ред. И.Г. Акчурина и Б.И. Аршинова. М.: Арго, 1994г.