Обратная связь. Положительная и отрицательная обратная связь.

Любая система может быть представлена, как черный ящик. Концепция обратной связи предполагает, что изменение Выходного сигнала одного черного ящика через некоторую передаточную функцию второго черного ящика передается на Вход первого.

 

Как один из вариантов реализации - весь Выходной сигнал первого черного ящика подается (добавляется, вычитается, мультплицирует, делит и т.д.) на его же Вход - заметьте, что "весь сигнал" это тоже всего лишь изменение сигнала по отношению к нулевому уровню выхода.

Сперва рассмотрим Отрицательную Обратную Связь (ООС). Почему? Да потому, что это и есть основной метод регулирования заданного параметра. Под ООС понимают такую обратную связь, при которой изменение выходного сигнала передается на вход черного ящика таким образом, чтобы подавить (компенсировать) это изменение. Т.е. отрицательная обратная связь "держит" выходной параметр неизменным. Очень важными параметрами обратной связи, даже при правильном выборе передаточной функции являются

 

1. скорость реакции на изменение выходного сигнала (временная задержка) - если этот параметр выбран неверно, то либо система входит в режим автоколебаний (слишком маленькое время реакции), либо регулирование не успевает за процессом (слишком большое время реакции).

2. чувствительность системы к изменению выходного сигнала - если этот параметр выбран неверно, то либо система входит в режим автоколебаний (слишком высокая чувствительность), либо регулирование не успевает за процессом (слишком низкая чувствительность).

3. предусмотренная возможность изменения параметров передаточной функции для задач в которых требуется еще и внешнее регулирование уровня выходного сигнала (управление выходом)! заметим, что если мы хотим изменить уровень поддержки постоянного выходного сигнала (регулировать выход системы извне), то задачи поддержания стабильности нового сигнала никуда не исчезают!

Пример ООС 1: Черный ящик "Налоговая инспекция". Время сдачи отчета. Охранник осуществляет отрицательную обратную связь выходного параметра "количество посетителей внутри" с параметром "входящие посетители" открывая и закрывая дверь и ругаясь.

Пример ООС 2: В системе водоснабжения города постоянным параметром для регулирования с помощью ООС является давление. При повышенном водоразборе (утром, вечером) давление падает и при этом система автоматизации повышает производительность насосной станции. Когда водоразбор падет (ночь) - давление повышается и производительность насосов принудительно снижается.

Посмотрим теперь на Положительную Обратную Связь (ПОС). Под ПОС понимают такую обратную связь, при которой изменение выходного сигнала передается на вход черного ящика таким образом, чтобы усилить (увеличить) это изменение. Т.е. положительная обратная связь "разгоняет" изменение выходного параметра. Из практических общеинженерных применений ПОС следует выделить использование выходного сигнала с временной задержкой для возбуждения системы. Огромное количество электротехнических решений (усилители, автоколебательные системы, генераторы сигналов) базируется именно на явлении ПОС.

Пример ПОС 1: Фонящий микрофон (микрофон установленный недалеко от колонок) сигнал колонок>микрофон>усилитель>сигнал колонок>микрофон.

Пример ПОС 2: Устранение "дребезга контактов" или "влияния шумов срабатывания". Система после срабатывания на некоторое время выключается, но сигнал срабатывания после предустановленной задержки взводит систему опять в рабочее состояние.

6. В чьих исследованиях была опровергнута возможность самозарождения?

Самозарождение — спонтанное зарождение живых существ из неживых материалов; в общем случае, самопроизвольное возникновение живого вещества из неживого. В настоящее время общепризнано, что зарождение живых организмов невозможно, а возникновение живого вещества из неживого практически невозможно в современных природных условиях. Однако в науке активно обсуждаются возможные сценарии возникновения жизни на ранних этапах существования Земли.

Опыты Франческо Реди.

Тосканский врач был первым человеком, документально доказавшим ошибочность теории самозарождения. Он произвёл ряд опытов, доказывавших, что мухи, вопреки бытовавшему в ту пору мнению, не могут зарождаться сами по себе в гниющем мясе. Реди брал два куска мяса, раскладывал их в глиняные горшочки.Но один он накрывал кисеей, а другие нет.Через какое-то время он снимал кисею, но ни мух, ни их личинок в мясе не было. В то время, как в остальных они были. Из этого учёный сделал вполне закономерный вывод: мухи садятся на гниющее мясо и откладывают в него личинки, в результате чего рождаются новые мухи. Рождаются, а не появляются сами по себе.

 

Опыты Ладзаро Спалланцани

Итальянский учёный и священник(1729—1799 гг.) ещё в самом начале своей научной деятельности был убеждён в абсурдности теории самозарождения. Он полагал, что в рождении каждого живого существа должен быть определённый закон и порядок, определённая мера и смысл. Спалланцани тщательно изучил труды Реди и, придя в восторг от его опытов, вознамерился во что бы то ни стало повторить их, но только не на примере личинок мух, а на примере микроскопических зверюшек. И он приступил к воплощению в жизнь своего замысла. А тем временем другой священник и натуралист Дж. Нидхем, родом из Англии (1713—1781 гг.) был удостоен внимания Королевского общества за свои опыты с бараньей подливкой, в которой, как он утверждал, сами по себе могут зарождаться микроскопический организмы. Он кипятил баранью подливку, сливал её в бутылку, закрывал её пробкой и для верности нагревал ещё раз, выжидал несколько дней, а затем изучал подливку под микроскопом. К его величайшей радости подливка кишела микробами. Значит, зарождение живой материи из неживой всё-таки возможно. Спалланцани, узнав об этих опытах, пришёл в негодование и в конце концов пришёл к выводу, что тот просто недостаточно плотно закупоривает бутылку с подливкой и недостаточно долго её кипятит, таким образом, в подливке вполне могут сохраниться маленькие животные. Тогда Спалланцани провёл целый ряд опытов, доказывающих, что Нидхем был неправ. Он брал множество склянок с семенным отваром, некоторые из которых закрывал пробкой. другие же запаивал на огне горелки. Одни он кипятил по целому часу, другие же нагревал только несколько минут. По прошествии нескольких дней Спалланцани обнаружил, что в тех склянках, которые были плотно запаяны и хорошо нагреты, никаких маленьких животных нет — они появились только в тех бутылках, которые были неплотно закрыты и недостаточно долго прокипячены, причём вероятнее всего, проникли туда из воздуха или же сохранились после кипячения, а вовсе не зародились сами по себе. Таким образом, Спалланцани не только доказал несостоятельность концепции самозарождения, но также выявил существование мельчайших организмов, способных переносить непродолжительное — в течение нескольких минут — кипячение. Между тем, Нидхем объединился с графом Бюффоном, и вместе они выдвинули гипотезу о |Производящей силе]— некоем животворящем элементе, который содержится в бараньем бульоне и семенном отваре и способен создать живые организмы из неживой материи. Спалланцани убивает Производящую силу когда кипятит целыми часами свои склянки, утверждали они, и совершенно естественно, что маленькие зверюшки не могут возникнуть там, где нет этой силы. Научный мир вполне устроила эта новая концепция — ведь она помогла реабилитироваться пошатнувшейся, но такой близкой и знакомой теории самозарождения. Но Спалланцани был в ярости — ведь Нидхем и Бюффон ничего не доказывали экспериментально, они вообще не предоставляли никаких доказательств в защиту своей теории, они попросту занимались словоблудием и бесполезными философскими рассуждениями. И, самое ужасное, весь научный мир поддерживал их! Но Спалланцани не сдавался. Он решил оспорить гипотезу Нидхема и Бюффона. Взяв за основу своих экспериментов их идею о том, что Производящая сила содержится именно в семенах, он набрал в склянки побольше разных семян и, едва прикрыв пробками, прокипятил эти семена в течение нескольких часов. Согласно доводам Нидхема, эта процедура должна была убить Производящую силу, но Спалланцани, естественно, обнаружил в отваре великое множество микроорганизмов, проникших туда из воздуха. Для пущей верности он повторил эксперимент, предварительно обжарив свои семена. Результат повторился — следовательно, ни о какой Производящей силе не могло быть и речи! О результатах своих опытов Спалланцани заявил на всю Европу, и к нему стали серьёзно прислушиваться. Но Нидхем и Бюффон не желали покидать поле боя. Они объявили, что Производящая сила способна сопротивляться высоким температурам, но ей необходим эластический воздух, которого лишает её Спалланцани при запаивании склянок. В ответ на это Спалланцани провёл ещё один блестящий эксперимент — он выплавил специальную склянку с очень узким горлышком — чтобы затрачиваемое на её запаивание тепло не «выгоняло» упругий воздух и давление внутри склянки и за её пределами оставалось одинаковым. Убедившись, что даже несмотря на присутствие большого количества упругого воздуха микроскопические животные всё же не появляются в отваре, Спалланцани праздновал победу. Но Спалланцани не желал останавливаться на достигнутом. Спалланцани продолжал волновать вопрос о размножении микроорганизмов. Наблюдая за ними в микроскоп, он не раз видел маленьких зверюшек, слипшихся между собой, но ему ни разу не удалось разглядеть сам процесс деления. Чуть позже этот процесс открыл другой учёный и Спалланцани пришёл в восторг от этого открытия. В это же время англичанин Эллис выдвинул гипотезу о том, что микроорганизмы вовсе не делятся пополам, а размножаются как и всё живое — живорождением. Таким образом, Ладзаро Спалланцани совершил ряд важнейших открытий, послуживших крупной вехой на пути развенчания теории самозарождения и на пути развития микробиологии вообще.

 

Опыты Луи Пастера

Пастера, как и большинство учёных того времени, волновал вопрос о происхождении живых существ, изучению деятельности которых он отдал столько времени и сил. Он повторял опыты Спалланцани, но сторонники теории самозарождения утверждали, что для самозарождения микроскопических животных необходим натуральный, не нагретый воздух, так как нагревание убивало «животворящую» или «плодотворную» силу. Ко всему прочему они утверждали, что для чистоты эксперимента необходимо, чтобы в сосуд, содержащий не нагретый воздух, не проникли дрожжевые грибки. Задача показалась Пастеру невыполнимой.

 

Но вскоре, заручившись помощью французского учёного, известного на весь мир открытием брома, он сумел найти выход из этой затруднительной ситуации. Пастер поручил своим помощникам приготовить весьма необычные колбы — их горлышки были вытянуты и загнуты к низу наподобие лебединых шей (S-образно), Балар подсказал эту идею и выдул на огне первый экземпляр. В эти колбы он наливал отвар, кипятил его, не закупоривая сосуд, и оставлял в таком виде на несколько дней. По прошествии этого времени в отваре не оказывалось ни одного живого микроорганизма, несмотря на то, что не нагретый воздух свободно проникал в открытое горлышко колбы. Пастер объяснял это тем, что все микробы, содержащиеся в воздухе, просто-напросто оседают на стенках узкого горлышка и не добираются до питательной среды. Свои слова он подтвердил, хорошенько встряхнув колбу, так чтобы бульон ополоснул стенки изогнутого горлышка, и обнаружил на этот раз в капле отвара микроскопических животных.

 

7. Номогене́з (лат. nomogenesis) — эволюционная теория, обязанная своим названием книге Льва Семёновича Берга «Номогенез, или эволюция на основе закономерностей» (Петроград, 1922), одним из основных положений которой было признание закономерного характера изменчивости организмов, лежащей в основе эволюционного процесса.

Основные положения номогенеза Берг представил в виде 10-ти тезисов:

1) Организмы развились из многих тысяч первичных форм, т. е. полифилетично.

2) Дальнейшее развитие шло преимущественно конвергентно (частью дивергентно).

3) На основе закономерностей,

4) захватывающих громадные массы особей на обширной территории.

5) скачками, пароксизмами, мутационно (от одной устойчивой формы к другой).

6) Наследственных вариаций ограниченное число, и они идут по определённым направлениям.

7) Борьба за существование и естественный отбор не являются факторами прогресса, а, кроме того, будучи деятелями консервативными, охраняют норму.

8) Виды в силу своего мутационного происхождения резко разграничены один от другого.

9) Эволюция в значительной степени есть развёртывание уже существующих задатков.

10) Вымирание есть следствие как внутренних (автономических) причин, так и внешних (хорономических).

 

 

1. Научная революция — это новый этап развития науки, который включает в себя радикальное и глобальное изменение процесса и содержания системы научного познания, обусловленное переходом к новым теоретическим и методологическим основаниям, к новым фундаментальным понятиям и методам, к новой научной картине мира Как правило, научная революция также связана с качественными преобразованиями физических средств наблюдения и экспериментирования, с новыми способами и методами оценки и интерпретации эмпирических данных, с новыми идеалами объяснения, обоснованности и организации научного знания.

 

Научные революции различаются по глубине и широте охвата структурных элементов науки, по типу изменений её концептуальных, методологических и культурных оснований. В структуру оснований науки входят: идеалы и нормы исследования (доказательность и обоснованность знания, нормы объяснения и описания, построения и организации знания), научная картина мира и философские основания науки. Соответственно этой структуризации выделяются основные типы научных революций:

 

Перестройка картины мира без радикального изменения идеалов и норм исследования и философских оснований науки (например, внедрение атомизма в представления о химических процессах в начале XIX века, переход современной физики элементарных частиц к синтетическим квантовым моделям и так далее).

Перестройка научной картины мира, сопровождающееся частичной или радикальной заменой идеалов и норм научного исследования, а также его философских оснований (например, возникновение квантово-релятивистской физики или синергетической модели космической эволюции).

Научная революция является сложным поэтапным процессом и содержит широкий спектр внутренних и внешних факторов, взаимодействующих между собой.

 

К числу «внутренних» факторов научной революции относятся: накопление аномалий и противоречий в результатах исследований и фактов, не находящих объяснения в концептуальных и методологических рамках той или иной научной дисциплины; антиномий, возникающих при решении задач, требующих перестройки концептуальных оснований теории; совершенствование средств и методов исследования, расширяющих диапазон исследуемых объектов; возникновение альтернативных теоретических систем, конкурирующих между собой по способности увеличивать «эмпирическое содержание» науки, то есть область объясняемых и предсказываемых ей фактов.

 

К числу «внешних» факторов научной революции относятся: философское переосмысление научной картины мира, переоценку ведущих познавательных ценностей и идеалов познания и их места в культуре, а также процессы смены научных лидеров, взаимодействие науки с другими социальными институтами, изменение соотношений в структурах общественного производства, приводящее к сращению научных и технических процессов, выдвижение на первый план принципиально новых потребностей людей (экономических, политических, духовных и других).