Детерминированный хаос в экологии

[Дж. Тайсаев]

Диссипация энтропии это необходимое но недостаточное условие, на него делают акцент лишь потому, что это один из обязательных атрибутов диссипативной системы, наряду с открытостью, неравновесностью и нелинейностью, но как и критерии жизни, каждый из них ещё не гарантирует наличие именно диссипативности

Так ведь диссипация имеет место практически везде, в отличие например от нелинейности. Логичнее было назвать "нелинейными структурами"? Или считается, что в линейных системах никаких структур в принципе не может возникнуть? Но тогда можно было назвать просто структурами?

Есть логика в Ваших словах. Но так уж вышло, это выражение ввёл Пригожин, ранее он употреблял более однозначный термин "неравновесные системы", вообще Пригожин сильно сдрейфовал в философию в последние годы, может быть с этим связано. В этом смысле у Хакена подходы к пониманию синергетических систем гораздо более строгие, но Пригожин гораздо больше был распиарен, может быть во многом благодаря своей коллеге Стенгерс. Но это всё равно никак не умаляет его громадный вклад разумеется.
Кстати, чего стоит только эта путаница с "принципом минимума производства энтропии", как раз причина в неоднозначности, как впрочем и самого понятия "энтропия" тоже

[василий андреевич]

На мой взгляд, само словосочетание "детерминированного хаоса" софистично расплывчатостью нюансов. Хаос - это "философская" крайность, альтернативная космосу, как познаваемому порядку. И если мы научились вычислять и измерять разнообразия хаотических состояний материи, то следует вводить иные термины, не включающие слово "хаос".
  Эволюционист просто не может не задаться вопросом: а откуда берется порядок, подвластный нашему анализу? И тут существует лишь два варианта ответа: порядок самоорганизуется из хаоса и порядок лишь часть изначально возникшего (сингулярно) супер-порядка. Со своей стороны уверен, что правота будет посередине (принцип центризма). Но для того, что бы центристская модель состоялась, необходимо пытаться создать модель эволюции Вселенной, альтернативную БольшеВзрывной. Как только такая модель оформится, сразу станет ясно, положение многих центристских моделей, вводящих "эволюцию хаотических состояний".
  Фрактальность - это геометрический образ голографии или подобий, вложенных друг в друга. Если наш мир фрактально-голографичен, то коготок таракана устроен по схеме Вселенной. А схема Вселенной вырабатывалась. Вырабатывался и коготок таракана. Диссипативно ли и то и другое? Или где место тех мириад случайностей, которые слились в ряд закономерностей?
  Уверен, что на антропный принцип здесь уповать малоперспективно.

[Alexy]

На мой взгляд, само словосочетание "детерминированного хаоса" софистично расплывчатостью нюансов. Хаос - это "философская" крайность, альтернативная космосу, как познаваемому порядку. И если мы научились вычислять и измерять разнообразия хаотических состояний материи, то следует вводить иные термины, не включающие слово "хаос"

Абсолютно с этим согласен. Использование в этом случае слова хаос только морочит голову. Человек, который придумал это название, был видимо чересчур склонен к поэтическим, но не совсем соответствующим сути явлений метафорам. Хотя может он дал такое звучное название, чтобы обратить внимание общественности на это явление?

[Alexy]

Эволюционист просто не может не задаться вопросом: а откуда берется порядок, подвластный нашему анализу? И тут существует лишь два варианта ответа
1) порядок самоорганизуется из хаоса и
2) порядок лишь часть изначально возникшего (сингулярно) супер-порядка
Со своей стороны уверен, что правота будет посередине (принцип центризма)

А по-моему не менее интересен вопрос, в каких случаях образуются сложные (на макроуровне) структуры, а в каких не образуются

Самые упорядоченные системы, как я понимаю, должны являться очень простыми? (Например одна большая ячейка Бенара БОЛЕЕ УПОРЯДОЧЕНА, чем 10 маленьких, но в то же время 1 ячейка очевидно ПРОЩЕ системы 10-и ячеек)

Система с наименьшей упорядоченностью очевидно на макроуровне тоже должна быть очень проста, хотя на уровне составляющих ее микрочастиц, она, как я понимаю (правильно ли?), обычно наоборот должна быти очень сложна?

Для нас же самый большой интерес представляют только те системы, в которых проявляется сложность НА МАКРОУРОВНЕ
Вроде как очевидно (хотя может тут и ошибаюся?), что они могут иметь самые различные уровниь упоряоченности в промежуточном диапазоне между максимальным и минимальным?

[василий андреевич]

На мой взгляд, вначале необходимо договориться, что такое порядок в физическом понимании, и что такое макроэволюция (тут я понимаю хуже).
  Порядок подразумевает равновесное состояние между расшатывающей систему кинетической энергией и консолидирующей ее потенциальной. Сумма этих энергий равна не нулю, а аддитивной величине, которая может быть принята, в принципе, любой.
  Теперь добавим сюда понятие эволюции. Допустим, система нагревается, т.е. в нее вводится некая кинетическая энергия. Если система эволюционно не работает, то она рассеивается (диссипирует). А если работает, то вырабатывает (неизвестным нам пока образом) потенциальную энергию. Эта потенциальная энергия связывает кинетический (тепловой) хаос в тот самый порядок, о котором нам и хотелось бы судить.
  Например, вода в стакане при тридцати градусах Ц. Там есть хаос молекул, есть и турбулентные структуры, как частицы ячеек Бенара. Будем нагревать аккуратно и медленно. Турбулентные фрагменты будут все более походить на полноценные ячейки. При этом температура воды практически подниматься не будет. Т.е. тепло обернулось работой по "эволюции" хаоса в порядок!!!
  Что произошло? 1) взято тепло (хаос) при высокой температуре, 2) организован "хаос" в поток молекул, 3) активировано движение вокруг единого центра, как полезно выработанного потенциального минимума, 4) выброшена отработанная хаотическая энергия в виде тепла с низкой температурой. Имеем все те же четыре цикла великого Карно.

Макроэволюция... А не является ли это движение переходом на все более высокие уровни организации. А вот как расшифровывать эти уровни? Здесь надо в корне менять то представление о видообразовании, как исключительно реакции на изменение внешних условий. Я пытаюсь подобное провести в угольной геологии. Но и там это очень непросто.
  Рискнете ли Вы ввести ту иерархию уровней экосистемной организации, которая собственно говоря и эволюционирует? В угленосной формации эти уровни выглядят по восходящей: микрокомпонент, пласт, ритм, свита, формация, надформационный регион с восходящими и разрушающимися породами.

[Alexy]

На мой взгляд, вначале необходимо договориться, что такое порядок в физическом понимании
Порядок подразумевает равновесное состояние между расшатывающей систему кинетической энергией и консолидирующей ее потенциальной. Сумма этих энергий равна не нулю, а аддитивной величине, которая может быть принята, в принципе, любой

А разве порядок это не просто величина обратная энтропии?

Т е макс возможный порядок = состояние с миминамльно-возможной для данной системы энтропией, а это (если не ошибаюся) = состоянию, когда максимально возможная часть энергии переведена из тепловой в "качественные" формы - потенциальную и кинетическую?)?
И наоборот
мин порядок системы = макс энтропия системы = максимально возможная часть энергии системы переведена из "качественных" форм в тепловую?
(Тут под тепловой энергией я подразумевал кинет энергию хаотического движения частиц, а под собственно кинетической энергией я тут подразумевал лишь кинетическую енергию однонаправленного движения частиц - мне почему-то казалося, что это общепринято, или я ошибаюся?)

Кстати, а где заключена потенциальная энергия в описанном Вами процессе в стакане?

Например, вода в стакане при тридцати градусах Ц. Там есть хаос молекул, есть и турбулентные структуры, как частицы ячеек Бенара. Будем нагревать аккуратно и медленно. Турбулентные фрагменты будут все более походить на полноценные ячейки. При этом температура воды практически подниматься не будет. Т.е. тепло обернулось работой по "эволюции" хаоса в порядок!!!
  Что произошло? 1) взято тепло (хаос) при высокой температуре, 2) организован "хаос" в поток молекул, 3) активировано движение вокруг единого центра, как полезно выработанного потенциального минимума, 4) выброшена отработанная хаотическая энергия в виде тепла с низкой температурой. Имеем все те же четыре цикла великого Карно

Там же фактически нету разницы температур

[василий андреевич]

Там же фактически нету разницы температур

Правильнее вовсе не употреблять терминов тепловая энергия и теплота, нет таковых понятий. Есть тепло как параметр состояния системы. И есть тепло, как параметр состояния среды. Если в среде есть источник тепла и приемник (холодильник), то среда может совершать над системой отрицательную работу. Работа - это и есть упорядоченность, в противоположность теплу, как непредсказуемой хаотичности.
  Сама по себе энтропия системы является неопределенностью. Например, нельзя сказать какова энтропия килограмма угля или килограмма кислорода. Окисляя же уголь можно получить "емкость" с определенной энтропией состояния "емкости", как источника тепла среды. Если в той же среде есть емкость-холодильник, то между источником и холодильником установится тепловой поток. Этот поток и есть работа среды, как упорядоченное движение.
  Теперь прервем это движение вводом системы, как плотины. Всегда получим что энтропия с "нижней" стороны плотины больше, чем с верхней, т.е. энтропия между конечным состоянием среды и начальным повысилась. Да и бог с ней, средой. Что с системой? А система произвела работу с каким-то кпд и в итоге получила потенциальную энергию за счет снижения кинетической энергии упорядоченного потока среды. Именно эта потенциальная или отрицательная энергия и характеризует возросший порядок системы. Именно эта энергия проявляет себя как действие сил консолидации. В ячейке Бенара эту энергию можно считать "сосредоточенной" в кольце тора. Вокруг же этого кольца путешествуют молекулы воды, как вокруг гравитирующего центра. Когда хаотически возникают точечные центры потенциальных минимумов - получаются турбулентные вихри, когда упорядоченность этих хаотических центров вырабатывается, как кольцо, возникает динамическая структура, которую я называю "действующий тор".
  Живое можно уподобить системе действующих торов, которые складываются в иерархию. Иерархичность систем - это проявление все той же потенциальной энергии вырабатывающейся за счет диссипации энергии Солнца.

Вот я и считаю, что употребление понятия энтропии, как меры беспорядка, крайне неудобно. Иной раз я залезаю в достаточно путанную умозрительную ситуацию, когда тот же стакан воды самопроизвольно переходит в состояние с системой дейтвующих торов. При этом температура воды должна понизиться, а потому поток энергии будет происходить из внешней среды в систему, до установления нового теплового равновесия. По формуле Клаузиуса, мы вроде бы имеем негэнтропийный процесс, ведь тепло Вселенной убыло при той же температуре. Но по формле Больцмана мы добавили во Вселенную некий статистический беспорядок в виде новой структурной единицы, следовательно, возрасла и энтропия, как вероятное состояние. По сути мы не столько перемешали систему белых и черных шаров в банке, сколько создали (эволюционно) дополнительный черно-белый шар.
  Отсюда я и пытаюсь вывести состояние первичной всленной как неопределенность, из которой возникают определенности, вносящие собой всё больший статистический беспорядок. Именно такой беспорядок можно именновать жизнью.

[Alexy]

А система произвела работу с каким-то кпд и в итоге получила потенциальную энергию за счет снижения кинетической энергии упорядоченного потока среды. Именно эта потенциальная или отрицательная энергия и характеризует возросший порядок системы. Именно эта энергия проявляет себя как действие сил консолидации. В ячейке Бенара эту энергию можно считать "сосредоточенной" в кольце тора. Вокруг же этого кольца путешествуют молекулы воды, как вокруг гравитирующего центра. Когда хаотически возникают точечные центры потенциальных минимумов - получаются турбулентные вихри, когда упорядоченность этих хаотических центров вырабатывается, как кольцо, возникает динамическая структура, которую я называю "действующий тор"

Так что именно представляет из себя эта потенциальная энергния? Я правильно понял, что это потенциальная энергия за счет разницы давлений между местами, имеющими разные скорости потока?

[василий андреевич]

Так что именно представляет из себя эта потенциальная энергния?

Вот это и есть ключевой вопрос. Я хотел к нему подвести еще в теме про смерчь. По сути Вы совершенно правы - в центре вихря должен быть минимум давления. Но ведь этот минимум вырабатывается самим круговым движением, неким центростремлением от него. И не здесь ли сокрыта модель той пресловутой самоорганизации!
  Подвижные молекулы можно уподобить сообществу живых организмов. Они самодостаточны в свободе своего хаотического движения. Но в какой-то момент "сообща срываются в упорядоченное (закономерное) движение". Пусть это движение нескольких молекул-зверей является случайным объединением, которое дает преимущества в охоте... Или для молекул разберемся:
  Две молекулы, идущие параллельным курсом, обладают минимумом хаотического движения между собой, это равносильно снижению температуры, след., окружающая среда самопроизвольно будет снабжать эту пару теплом. Приходящее тепло может вновь растолкать молекулы, но если эти молекулы совершат движение по радиусу, то привносимое тепло выразится в подключении все новых молекул в круговое движение. И тут уже нельзя говорить о температуре, это работа молекул по самоорганизации в вихрь, за счет стяжания энергии из среды в систему. Здесь температура, давление, объем становятся неопределенностями... И начинаются квантовые эффекты на макроуровне (!). А это означает, что классическая физика пасует. И начинаются разговоры о детерминированности хаоса.
  А что препятствует "квантованию"? Только та классика, что квант действия есть микроскопическая величина.
  Как-то я уже предлагал на роль макрокванта величину почти на тридцать порядков выше планковской. И лично для меня нет причин не рассматривать организмы, как макрокванты того физического поля, которое биологи называют биосферой.
  Алексей, если Вам будет хоть чуть интересно, то рассмотрите классику: движение материальной точки по окружности. Там будут интересные величины - моменты действия сил и инерции (М,L). А потом попробуйте эти эммы и элли запустить по кольцу действующего тора. Вы без сомнения придете к идее квантования этих величин при самоорганизации молекул в ячейку Бенара. А после этого будет один шажок до введения самоорганизующихся сил в биологической (организменной) среде.

И, может быть, придется отказаться уже от термина "потенциальная энергия", когда мы говорим о выработке определенной "целестремительности" в процессах срыва хаотического состояния к упорядоченному. Просто я пока не знаю, как по-иному обозвать ту энергию, которая порождает отрицательные (консолидирующие, организующие) силы. В конце концов, пока только гравитация рассматривается, как отрицательная энергия.

[Alexy]

рассмотрите классику: движение материальной точки по окружности. Там будут интересные величины - моменты действия сил и инерции (М,L). А потом попробуйте эти эммы и элли запустить по кольцу действующего тора. Вы без сомнения придете к идее квантования этих величин при самоорганизации молекул в ячейку Бенара

Я не совсем понял, откуда может взяться в данном случае квантование?

Или Вы просто хотите сказати, что в случае 3-х ячеек Бенара, будут совсем другие значения моментов действия сил и инерции (М,L), чем в случае 4-х ячеек?

А промежуточных значений НАБЛЮДАТЬСЯ почти никогда не будет просто потому, что промежуточные между 3-х и 4-х ячейными состояния неустойчивы?

[василий андреевич]

Или Вы просто хотите сказати, что в случае 3-х ячеек Бенара, будут совсем другие значения моментов действия сил и инерции (М,L), чем в случае 4-х ячеек?

А промежуточных значений НАБЛЮДАТЬСЯ почти никогда не будет просто потому, что промежуточные между 3-х и 4-х ячейными состояния неустойчивы?

В тонком и неустойчивом опыте Бенара множество ячеек перерождается в нисходяще восходящие струи, функционирующие в узлах гексагональной структуры. В среднем эти потоки можно признать ламинарными, но перходящими в части турбулентности в верхней и нижней частях. Только единственная ячейка, допустим, в сосуде шарообразнй формы может быть признана действующим тором.
  Так вот я о таком идеализированном торе. Рассмотрим его разрез. Две окружности с вложенными в них меньшими окружностями. Ясно, что скорость потока должна быть максимальной в центре - эдакий "очкарик" со стрелкой на лбу. Вот Вы и ответьте, где дожно быть по логиге наименьшее давление? В центре каждого груга или в центре между кругами? А ведь центры кругов связаны в кольцо! Так вот я и говорю, что суть этого кольца - квантовое состояние таких более математических векторов, как момент действия сил и момент инерции. Ведь мы не можем изгибать вектора, а тут они выполняют роль касательных. И ведь вектор М в такой же степени порождает вектор L, как L порождает М через движение точек водной среды, которые имеют квантованную массу, а не являются растяжимым субстратом.
  Кстати, мне модель очкарика со стрелкой навевает смутные подозрения о существовании спина, как частицы с симметрией не в 360, а 720 угловых градуса. Когда же ячеек множество, мы имеем подобие уравновешивающих друг друга "спинов", как реалистичных струй вещества. Сами же струи, переходя к движению в горизонтальной плоскости ветвятся, что должно выражаться как изменение скоростей движения. НО как это? Вы попробуйте вообразить частицу, которая постоянно то ускоряется, то замедляется. На это ведь нужно расходовать энергию. Или может быть производить работу, когда она замедляется, и поглощать внешнее тепло, когда ускоряется? Сколь интересно, столь и не просто! И самоорганизация ведь налицо. Из хаоса с высоким теплом. А потом отходы самоорганизации опять-таки в хаос, но уже низкий. А куда путешествуют молеклы воды? Где энергетически ниже потенциальная ниша? у воды с хаотическим состоянием (броуновским) или со структурированным?

[Alexy]

где дожно быть по логиге наименьшее давление? В центре каждого груга или в центре между кругами?

Наверное в центре между кругами? Хотя не уверен?

В центре между кругами оно видимо может быти подсчитано по закону Бернулли?

А вот для вычисления давления в центре каждого круга нужна наверное какая-то специальная формула о круговом движении жидкости? Или давление можно как-то легко получить из обычной формулы для центростемительного ускорения а=V^2/R?

[василий андреевич]

В свое время я умучился с перебором вариантов давления, температуры и объема. И решил, что пусть вода будет несжимаема. А когда есть упорядоченное движение частиц вещества, мы вообще не смеем говорить о температуре этого потока. Помните Ваш же вопрос, почему вода при 0гр. С пробивает или растапливает лед? Тогда я ответил, что нельзя мерить в градусах температуру падающей (упорядоченной) воды. Как только поток остановится, то вся кинетически упорядоченная энергия перейдет в кинетически беспорядочную, т.е. с более высокой температурой.
  Вот и с ячейками Бенара не следует, по-моему, применять знания о термодинамических состояниях. Ясно лишь, что с повышением энтропии идет процесс диссипации энергии источника. А какова энтропия покоящейся воды? Ясно одно - она столь высока, что любое изменение приводит к понижению ее энтропии. И вода обязана вернуться к повышению энтропии своего состояния любым доступным способом. Например, вода растворяет гидрофилы и коагулирует гидрофобы только потому, что таким образом ее энтропия вновь повышается. А тут, в узлах ячеек, появляются потоки, множество потоков, которые вовсе не обязаны быть одинаковыми. И именно то, что каждый поток группы частиц непредсказуемым образом распадается и возникает вновь уже из других частиц, дает воде варьировать своими состояниями, что и говорит о статистическом повышении энтропии ее состояния. Однако эта странная устойчивость с максимумом энтропии распадется при изменении внешних условий, ибо есть еще один вполне эволюционный парамер - минимум потенциальной энергии. И усточив действующий тор, когда этот минимум сосредоточен в "гравитирующем" кольце тора. Именно ради достижения этого недостижимого центрастремления вода (в единичном торе) готова замедляться по краям и ускоряться в центре (дырке бублика). Но как это осуществить?
  Только приняв тепло ускоряющимся потоком и отдав замедляющимся. Разница же между отданным и принятым теплом идет на построение кольца. И вот тут я вопрошаю, каким образом замерить давление в кольце? Допустим есть вихрь-торнадо или циклон в атмосфере. Приходит циклон, давление понижается или наоборот, понижается давление - приходит циклон. Неубедительно.
  А если так: всякая система с бесконечной свободой тепловых соударений обладает максимумом энтропии за счет непредсказуемости случайно возникающих (флуктуативных) упорядочиваний. Разрушение этого случайного порядка связано с отрицательной работой внешних диссипирующих источников. Имеем два альтернативных параметра: внутреннюю энергию системы и отрицательную работу среды. Но сложив оба параметра, мы не получим нуля. Останется довесок, называемый энтальпией. Вот я и призываю считать энтальпию той реальностью, которую мы наблюдаем, как система-вид или система - действующий тор. (Заметьте, никакой эволюции тора-системы во что-то иное я пока не предлагаю.)
  Работает, как отрицательная энергия, кольцо действующего тора. Внутренняя энергия заключена в кинетике движения. В сумме имеем энтальпию, величину безусловно положительную. Но сказать работает кольцо - это богохульный матерьялизьм. И надо бы говорить - работают частицы движущейся воды над созданием потенциального энергетического минимума в виде созидания минимума давления. Но это физическая абракадабра, "часы выставляются по удару колокола, который звонит по часам".

Должен быть физический принцип, не укладывающийся в рамки термодинамики. Она, термодим., только следствие. Вот я и говорю, что напрасно при всех рассуждениях о повышении энтропии, мы забываем другой принцип стремления - это стремление к минимуму потенциальной энергии. А потенция (или что-то иное, типа гравитации) вырабатывается, подчеркиваю, эволюционно вырабатывается. Все неспособное работать над созиданимем конслидирующих центров вымирает, рассредотачивается как диссипирующая система, дающая начало для работы всего, способного эволюционировать.
  Таким образом, физическая эволюция - это не столько процесс, сколько состояние изменяющейся материи. При этом деградирующие системы становятся источником энергии для "неоградирующих", которые со временем превратятся обязательно в деградирующие. А вот закон о том, каким образом происходит эволюция одних деградирующих систем в другие, так же деградирующие и надо выводить. И для этого нет никаких сложных препятствий. И энтропия тут не при чем. Здесь бы я напомнил слова Эйнштейна о том, что Вселенная находится в состоянии падения к бесконечному потенциальному минимуму. (правда за достоверность слов не ручаюсь) но подтруниваю над Вами - потенциальные горизонты должны вырабатываться деградирующими системами. И почему бы не за счет флуктуативной природы всего сущего?

[Alexy]

Тогда я ответил, что нельзя мерить в градусах температуру падающей (упорядоченной) воды. Как только поток остановится, то вся кинетически упорядоченная энергия перейдет в кинетически беспорядочную, т.е. с более высокой температурой

Верно, но температуру движущейся с опред скоростью воды явно можно померять (плывущим в ней градусником) или посчитать по формуле, зная скорость

А давление то точно можно в движущейся воде и мерять и считать? Ведь есть же формула Бернулли

[василий андреевич]

Померить температуру и давление плывущим градусником или анероидом, конечно, можно. Но только в чем будет разница между измеренным давлением и температурой. И тот и другой прибор измеряют не градусы или паскали, а объем измерительного прибора, просто градуировка шкалы разная.
  Вернемся к определениям. Температура и давление есть равновесное состояние между измерителем и измеряемой средой. А о каком равновесном состоянии можно говорить, когда измеряемая среда движется относительно внешнего репера, а прибор покоится относительно среды. Да, мы получим значения, но не сможем их обработать надлежащим для термодинамики образом. Другое дело пересчитать по формулам. Как, например, температуру излучения. Но в таком случае температура уже не будет соответствовать своему изначальному смыслу, как "качеству" хаоса. С давлением то же. Потому и вводят кроме статического давления разные уровни давления динамического. Вот и выйдет, что эти параметры нам ничего толком не скажут.
  Или даже так, какого размера и веса должна быть головка градусника, что бы замерить температуру турбуленции?