שינויים

במובן זה מערכת פתוחה שונה ממערכת מבודדת. אם dS_e הוא שלילי, יש יצוא של אנטרופיה מתוך המערכת והיא יכולה לשמור על רמה קבועה של אנטרופיה או להוריד את האנטרופיה הפנימית.

במובן זה מערכת פתוחה שונה ממערכת מבודדת. אם dS_e הוא שלילי, יש יצוא של אנטרופיה מתוך המערכת והיא יכולה לשמור על רמה קבועה של אנטרופיה או להוריד את האנטרופיה הפנימית.

==מערכות מפזרות בתורת הבקרה==

==סוגי מערכות מפזרות==

בתאוריה של תורת הבקרה ושל מערכות, מערכות מפזרות הן מערכות דינאמיות עם מצב (X(t, קלט (u(t ופלט y(t), שמקיימות את מה שקרוי "אי שוויון מפזר" ("dissipation inequality") בהנתן פונקציה W על UxY, עם אינטרגל סופי של המודולים שלה עבור פונקציית קלט u ומצב התחלתי x(0) מעל כל פרק זמן סופי t, שנקרא "קצב ההיצע", נאמר שמערכת היא מפזרת אם קיימת פונקציה V(x) שהיא רציפה ואי-שלילית כך ש V(0)=0, ואשר קרויה פונקציית אכסון storage functio. כך שעבור כל קלטu  ומצב התחלתי x(0) ההפרש V(x(t)) - V(x(0)) לא עובר את האינטגרל של ההיצע מעל הקטע (0,t)  עבור כל t.  

ניתן להבחין במספר סוגים של מערכות מפזרות, שכולן צורכות אקסרגיה פולטות חום כדי לשמור על סדר פנימי כלשהו, רחוק משיווי משקל. הגעה ל[[שיווי משקל תרמודנימי]] פרושה מוות או הקפאת פעילות:

* מערכות גיאופיזיות  נוספות כוכבי לכת, שביטים, סופות ותופעות מזג אוויר, תהליכי זרימה של נוזלים.

* יצורים חיים כולל חד תאים, ויצורים רב תאיים כמו צמחים או בעלי חיים (כולל האדם). על פי תאוריית [[הגן האנוכי]] המטרה העיקרית של מערכות אלה היא להעביר גנים הלאה לדורות הבאים, וחלק גדול מהתנהגותן מכוון לשרידה, לרבייה ולשיפור השרידה של דורות העתיד.

* [[מערכת אקולוגית|מערכות אקולוגיות]] ו[[מחזור אקולוגי|מחזורים אקולוגיים]] אשר שומרים על סידור פנימי כלשהו. בניגוד ליצורים חיים, מבנים אלה הם מבנים מבוזרים ולא היררכיים (בהקשר של מטרה), אין להם מטרה מוגדרת והוא מתקיים תודות לשיווי משקל הדדי בין מינים שונים. עם זאת לפי קיי ושניידר, ממלאים מחזורים אלה תפקיד בשיפור הפיזור של אקסרגיה באופן מהיר יותר.

* [[הון פיזי]] או [[טכנולוגיה|טכנולוגיות]] ובמיוחד מכונות. המכונות הומצאו בידי האדם, מתוך כוונה לשרת מטרות כלשהן. ניתן לטעון שהן המשך של הגופים הביולוגיים בנסיון לתת יתרון בהעברת גנים הלאה (אם כי יש להן מאפיינים שונים כמו יכולת העברת הטכנולוגיה ליצורים אחרים). ניתן לחלק את הטכנולוגיות לכלים (כמו מברג, אבני צור, סל) ולמכונות (נול אריגה, מנוע, מכונית, מחשב). הכלי הוא חסר מצבים פנימיים ואין לו תתי מערכות, בעוד המכונה מורכבת מתתי רכיבים ומשנה את המצב הפנימי שלה תוך כדי עבודה. כלים ומכונות זקוקים לתחזוקה שוטפת כדי להשאר במצב תקין (לדוגמה שימון, טיפול נגד חלודה וכו'). הן הכלים והן המכונות זקוקים לאנרגיה חיצונית כלשהי שתפעיל אותן ותאפשר להן לייצר עבודה, אבל מכונה יכולה לשמור בתוכה ארגיה אצורה על ידי מצב פנימי רחוק משיווי משקל או מאגר אנרגיה. מכונות יכולות להחשב מערכת דיספטית בפני עצמן שכן היא יכולה לפעול על ידי [[דלק מחצבי]] כלשהו, ללא מגע יד אדם, בעוד שכלים רחוקים יותר מהתואר של מערכת דיאספטית.  

* [[מוסד חברתי]] - כמו בית ספר, שבט, להקה בעלי חיים, תאגיד, מדינה, שוק, פירמה, בית משפט, [[כסף]], שפה - מוסד חברתי צריך לשמור על סדר פנימי כלשהו והוא דורש כילוי של אקסרגיה כדי לשמור על סדר זה. המוסד החברתי מתפרק אם מסה קריטית של חבריו עוזבת אותו או מתה ואין מספיק אנשים (או יצורים חיים אחרים) כדי לשמור על תפקוד המוסד. המוסד החברתי יכול להעזר בטכנולוגיות כדי להתקיים (לדוגמה שימוש במחשבים בבורסה). בניגוד לטכנולוגיה או ליצורים חיים קשה יותר לתחום את המוסד החברתי בגבול פיזי מוגדר ולכן אפשר לערער על הכללת מוסדות חברתיים בתור מערכת מפזרת.

* מערכת כלכלית בתחום גיאוגרפי מסויים - אם זה איזור גיאוגרפי נתון, מפעל, מדינה, עיר או המערכת העולמית כולה - יכולה להחשב כמערכת דיספטית שמקבלת אנרגיה באמצעות [[אנרגיות מתחדשות]] - כולל מזון ובאמצעות [[דלקים מחצביים]], פולטת חום וקרינת אור, וצורכת גם [[חומרי גלם]] מהסביבה , מיבאת ומייצאת סחורות לכלכלות אחרות, ופולטת חומרי [[פסולת]] שונים וזיהום.

==החיים ופיזור חומר ואנרגיה==

===מערכות מפזרות בתורת הבקרה===

===פיזור חומר ואנרגיה בתהליכים ביולוגיים===

{{הפניה לערך מורחב|החוק השני של התרמודינמיקה בביולוגיה}}

{{הפניה לערך מורחב|החוק השני של התרמודינמיקה בביולוגיה}}

מכאן נובע כי מערכות הנמצאות רחוק משיווי משקל תרמודינמי (מערכות כמו [[כלכלה]] או [[מערכות ביולוגיות]]) ימשיכו לשמור על רמה מסויימת של אנטורפיה נמוכה,  רק על ידי פרוק מתמיד של חומר ו[[אנרגיה]] ופיזורם אל הסביבה החיצונית. ארווין שרדינגר הצביע על כך בספרו "מהם החיים" בשנת 1945, וטען כי כל היצורים החיים חייבים לייבא [[אנטרופיה]] נמוכה מסביבתם, ולייצא אליה אנטורפיה גבוהה (או פסולת) כדי לשרוד.  

מערכות הנמצאות רחוק משיווי משקל תרמודינמי (מערכות כמו [[כלכלה]] או [[מערכות ביולוגיות]]) ימשיכו לשמור על רמה מסויימת של אנטורפיה נמוכה,  רק על ידי פרוק מתמיד של חומר ו[[אנרגיה]] ופיזורם אל הסביבה החיצונית. ארווין שרדינגר הצביע על כך בספרו "מהם החיים" בשנת 1945, וטען כי כל היצורים החיים חייבים לייבא [[אנטרופיה]] נמוכה מסביבתם, ולייצא אליה אנטורפיה גבוהה (או פסולת) כדי לשרוד.

 

 

 

מערכות מערכות מפזרות הן מערכות שיש להן "אופי" ו"חיים" משל עצמן. במילים אחרות יש להם "מושכים", נקודות שיווי משקל ונתיבי שיווי משקל, שאליהם הם ירצו להגיע. היות ומערכת מפזרת היא מערכת דינמאית שיש בה אקסרגיה, המערכת חייבת להפטר מאנרגיה זו - היא חייבת לעבור [[תהליך|שינוי]], ובכך גם לשנות את מצבה הפנימי ואת מצב הסובב אותה. בכך מערכות דינמיות שוברות את הדיכוטומיה שקיימת לכאורה בין העולם החי (ובמיוחד בני האדם) לבין העולם הדומם. למרות שחלק מהמערכות המפזרות מורכבות מעצמים לא חיים, עדיין יש למערכות אלה היגיון פעילות משל עצמן שאינו תלוי ברצונם של בני האדם או בפעולות שהם נוקטים.

אי הבנה של דבר זה יצרה בלבול במשך תקופה מסויימת, בסוף המאה ה-19 היו מספר הוגים שחשבו שיש סתירה בין החיים לבין החוק השני של התרמודינמיקה, שכן מערכות תרמודינמיות פתוחות נותחו כמערכות מבודדות שבהן האנטרופיה עולה תמיד.

דוגמה טרביאלית היא חיפושית או בעל חיים אחר. לחיפושית יש הגיון פנימי משל עצמה ולכן הוא פועל אוטנומית, בצורה שאינה מוכתבת על ידי פעילות האדם (אם כי היא יכולה להיות מושפעת ממנה). גם עצמים דוממים כמו סופת הורין או ספינת קיטור הם בעלי "רצון" או חוקיות שאינו מוכתב על ידי בני אדם. ספינה בים צפה על ידי דחייה כמות מספקת של אוויר. אם היא נוטה בזווית חדה מידי, מים עלולים להכנס לתוך האוניה והאוניה תשקע. אוניה צריכה לשמור על איזון ב-2 צירים לפחות כדי לשמור על יכולת ציפה. אם כתוצאה מפעילות אנושית ואו כתוצאה מכוחות חיצוניים (כמו סופה) או תהליך שנוגע לאוניה עצמה (עייפות מתכת) האוניה נוטה יותר מידי על ציר האורך שלה, לדוגמה החרטום נמוך מידי, היא עלולה לצאת משווי משקל אחד (אוניה מאוזנת) ולנטות יותר ויותר לשיווי משקל אחר. מטענים בבטן האוניה עלולים לגלוש קדימה והלחריף מצב זה עוד יותר, כמו גם כניסה של עוד מים לחרטום האוניה. בני אדם יכולים לנסות למנוע מהאוניה לשקוע על ידי פעילות שונות שדורשות אנרגיה (העברת מטען לאחורי האוניה, שאיבת מים מהחרטום) אבל בשלב זה לאוניה יש דינמיקה משל עצמה שעלולה להסתיים בטביעת האוניה, בלי שאדם כלשהו התכוון שזו תהיה התוצאה.  

==מערכות מפזרות וכלכלה בת קיימא==

===מערכות מפזרות וכלכלה בת קיימא===

חלק מההוגים שמנסים להבין כיצד לקיים [[כלכלה בת קיימא]] כמו בתחומים של [[כלכלה אקולוגית]], [[אקולוגיה תעשייתית]] ו[[אקולוגיה עירונית]] מיישמים שיטות כמו [[מטבוליזם תעשייתי]]. בשיטות אלה מנסים לאמוד על הדמיון בין גופים חיים או מערכות אקולוגיות כמערכות מפזרות, ולייבא שיטות מחקר מהן לשם ניתוח מערכות מפזרות חברתיות וכלכליות כמו מפעל, פירמה או הכלכלה האנושית כולה.

חלק מההוגים שמנסים להבין כיצד לקיים [[כלכלה בת קיימא]] כמו בתחומים של [[כלכלה אקולוגית]], [[אקולוגיה תעשייתית]] ו[[אקולוגיה עירונית]] מיישמים שיטות כמו [[מטבוליזם תעשייתי]]. בשיטות אלה מנסים לאמוד על הדמיון בין גופים חיים או מערכות אקולוגיות כמערכות מפזרות, ולייבא שיטות מחקר מהן לשם ניתוח מערכות מפזרות חברתיות וכלכליות כמו מפעל, פירמה או הכלכלה האנושית כולה.

הפעילות התעשייתית עצמה היא לא בעלת ארגון עצמי ישיר, אלא שארגון כזה מתקבל על ידי מגבלות של בני אדם שמעורבים בתהליך כעובדים וכצרכנים.

הפעילות התעשייתית עצמה היא לא בעלת ארגון עצמי ישיר, אלא שארגון כזה מתקבל על ידי מגבלות של בני אדם שמעורבים בתהליך כעובדים וכצרכנים.

==סוגי מערכות מפזרות==

==מערכות דיאספטיות כגורם מקשר בין תחומים שונים==

ניתן להבחין בהקשר זה במספר סוגים של מערכות מפזרות, שכולן צורכות אקסרגיה פולטות חום כדי לשמור על סדר פנימי כלשהו, רחוק משיווי משקל. הגעה לשיווי משקל תרמודנימי פרושה מוות או הקפאת פעילות:

מערכות דיאספטיות הן כנראה המכנה המשותף הגבוה ביותר שאפשר להצביע עליו בניתוח של מערכות ביולוגיות, טכנולוגיות וחברתיות.  

 

ניתן להסתכל על [[כלכלה]] ועל [[תהליכים ארוכי טווח]] כעל מערכת שמשלבת שלושה תהליכים אבולוציונים על [[מידע]] - מידע גנטי, מידע חברתי (ממים) ומידע טכנולוגי ואלה באים לידי ביטוי ב- 3 סוגים של מערכות דאספטיות - יצורים חיים ו[[מערכות אקולוגיות]], [[מוסדות חברתיים]] (כמו [[שוק]], מדינה, קהילה, בתי ספר, נישואים, נורמות, [[כסף]], מניות, [[תאגידים]]) וטכנולוגיה.  

* יצורים חיים כולל חד תאים, ויצורים רב תאיים כמו צמחים או בעלי חיים (כולל האדם). על פי תאוריית [[הגן האנוכי]] המטרה העיקרית של מערכות אלה היא להעביר גנים הלאה לדורות הבאים, וחלק גדול מהתנהגותן מכוון לשרידה, לרבייה ולשיפור השרידה של דורות העתיד.

* [[מערכת אקולוגית|מערכות אקולוגיות]] ו[[מחזור אקולוגי|מחזורים אקולוגיים]] אשר שומרים על סידור פנימי כלשהו. בניגוד ליצורים חיים, מבנים אלה הם מבנים מבוזרים ולא היררכיים (בהקשר של מטרה), אין להם מטרה מוגדרת והוא מתקיים תודות לשיווי משקל הדדי בין מינים שונים. עם זאת לפי קיי ושניידר, ממלאים מחזורים אלה תפקיד בשיפור הפיזור של אקסרגיה באופן מהיר יותר.

* [[הון פיזי]] או [[טכנולוגיה|טכנולוגיות]] ובמיוחד מכונות. המכונות הומצאו בידי האדם, מתוך כוונה לשרת מטרות כלשהן. ניתן לטעון שהן המשך של הגופים הביולוגיים בנסיון לתת יתרון בהעברת גנים הלאה (אם כי יש להן מאפיינים שונים כמו יכולת העברת הטכנולוגיה ליצורים אחרים). ניתן לחלק את הטכנולוגיות לכלים (כמו מברג, אבני צור, סל) ולמכונות (נול אריגה, מנוע, מכונית, מחשב). הכלי הוא חסר מצבים פנימיים ואין לו תתי מערכות, בעוד המכונה מורכבת מתתי רכיבים ומשנה את המצב הפנימי שלה תוך כדי עבודה. כלים ומכונות זקוקים לתחזוקה שוטפת כדי להשאר במצב תקין (לדוגמה שימון, טיפול נגד חלודה וכו'). הן הכלים והן המכונות זקוקים לאנרגיה חיצונית כלשהי שתפעיל אותן ותאפשר להן לייצר עבודה, אבל מכונה יכולה לשמור בתוכה ארגיה אצורה על ידי מצב פנימי רחוק משיווי משקל או מאגר אנרגיה. מכונות יכולות להחשב מערכת דיספטית בפני עצמן שכן היא יכולה לפעול על ידי [[דלק מחצבי]] כלשהו, ללא מגע יד אדם, בעוד שכלים רחוקים יותר מהתואר של מערכת דיאספטית. 

* [[מוסד חברתי]] - כמו בית ספר, שבט, להקה בעלי חיים, תאגיד, מדינה, שוק, פירמה, בית משפט, [[כסף]], שפה - מוסד חברתי צריך לשמור על סדר פנימי כלשהו והוא דורש כילוי של אקסרגיה כדי לשמור על סדר זה. המוסד החברתי מתפרק אם מסה קריטית של חבריו עוזבת אותו או מתה ואין מספיק אנשים (או יצורים חיים אחרים) כדי לשמור על תפקוד המוסד. המוסד החברתי יכול להעזר בטכנולוגיות כדי להתקיים (לדוגמה שימוש במחשבים בבורסה). בניגוד לטכנולוגיה או ליצורים חיים קשה יותר לתחום את המוסד החברתי בגבול פיזי מוגדר ולכן אפשר לערער על הכללת מוסדות חברתיים בתור מערכת מפזרת.

* מערכת כלכלית בתחום גיאוגרפי מסויים - אם זה איזור גיאוגרפי נתון, מפעל, מדינה, עיר או המערכת העולמית כולה - יכולה להחשב כמערכת דיספטית שמקבלת אנרגיה באמצעות [[אנרגיות מתחדשות]] - כולל מזון ובאמצעות [[דלקים מחצביים]], פולטת חום וקרינת אור, וצורכת גם [[חומרי גלם]] מהסביבה , מיבאת ומייצאת סחורות לכלכלות אחרות, ופולטת חומרי [[פסולת]] שונים וזיהום.

==האופי ה"חי" של מערכות מפזרות==

שלושת התחומים האלה  משפיעים זה על זה- לדגומה טכנולוגיית הדפוס שינתה את הפופלאריות של יכולת הקריאה וזו מאפשרת מוסדות רבים נוספים כמו חוזים מורכבים, דמוקרטיות, מאמרים מדעיים ועוד, שינוי זה הוא בעל השפעה על הכלכלה והחברה ודבר זה משפיע על השכיחות של גנים בקרב בני אדם ובקרב יצורים אחרים על ידי שינוי התנאים הסביבתיים והחברתיים שמשנים את הסלקציה לגנים אלה. הדוגמה הקלאסית היא זיהום אוויר בבריטניה שהוביל לכך שעשים לבנים בלטו יותר על רקע עצים שחורים מפיח ולכן הפכו נדירים יותר ביחס לעשים שחורים. החשיבות היחסית של כוח סבל פיזי, ושל כוח פיזי ועמידות לתנאי סביבה של קור לסיכוי השרידה מול תכונות כמו יכולות מתמטיות ועיבוד מילולי משתנות בין דייגים בפינלנד של המאה ה-10 לבין צאצאיהם במאה ה -21. הקשת הארוכה ואחר כך הרובים הופכו את הצבאות לדבר דמוקרטי יותר (בניגוד לצבא אבירים שנותן יתרון צבאי לקבוצה עשירה ומלוכדת שיכולה לרכוש נשק יקר ולהתמן בו), הטכנולוגיה גם משפיעה על המערכות האקולוגיות (זיהום, כריתת יערות, שינוי מחזור הזרחן החנקן הפחמן), ועל הברירה הטבעית עבור בני האדם ויצורים אחרים.  

ברוב הניתוחים של מדעי החברה מניחים כי העולם בנוי מחלוקה דיכוטומית שבה יש בני אדם שלהם יש יכולת פעולה ותגובה, ועולם דומם אשר מעוצב לפי ראות עיני בני האדם. בדוגמה זו, הטבע משול לערימת אבנים - אם לוקחים אבן ומניחים אותה במקום אחר, היא אינה זזה ממקומה, אין לאבן רצונות משלה ואין לה יכולת פעולה. בניתוח של [[כלכלה נאו קלאסית]] לדוגמה, כלכלנים מניחים לדוגמה שהטבע הוא רק ספק של [[חומרי גלם]] וכי מי שקובע איך תתנהג הכלכלה הם רק בני האדם.  

מערכות מערכות מפזרות הן מערכות שיש להן "אופי" ו"חיים" משל עצמן. במילים אחרות יש להם "מושכים", נקודות שיווי משקל ונתיבי שיווי משקל, שאליהם הם ירצו להגיע. היות ומערכת מפזרת היא מערכת דינמאית שיש בה אקסרגיה, המערכת חייבת להפטר מאנרגיה זו - היא חייבת לעבור שינוי, ובכך גם לשנות את מצבה הפנימי ואת מצב הסובב אותה. בכך מערכות דינמיות שוברות את הדיכוטומיה שקיימת לכאורה בין העולם החי (ובמיוחד בני האדם) לבין העולם הדומם. למרות שחלק מהמערכות המפזרות מורכבות מעצמים לא חיים (לוגמה סופן הוריקן), עדיין יש למערכות אלה היגיון פעילות משל עצמן שאינו תלוי ברצונם של בני האדם.

אנחנו מוקפים במערכות מתפקדות שצריכות אנרגיה כדי להמשיך לתפקד וכנראה צריכות הרבה תנאים אחרים. הכלכלה מניחה שהיקום לפני עבודה אנושית הוא ריק - רובינזון חי על אי, ואם הוא עובד יותר יש לו יותר תפוחים. קיים מחסור נתון. אם נעבוד יותר - המחסור יקטן. הראיה המערכתית אומרת שהעולם לא ריק - הוא מלא במערכות  (כמו [[מערכות אקולוגיות]], [[אמון]] שנוצר ב[[קהילות]], [[ידע]] אודות תזונה טובה, הרגלי [[כושר גופני]] ועוד) ולכן נוכל לשפר את מצבנו רק אם אנחנו לא פוגמים תוך כדי במערכות נוספות או אם הפגיעה במערכות אלה מקבלת פיצוי מספיק משמעותי מבניית מערכות אחרות.