Cтраница 1
Поведение неравновесных систем изучается с помощью формулы Больцмана. При этом неравновесная система представляется как совокупность равновесных квазинезависимых подсистем. [1]
Принципиальное отличие поведения неравновесных систем от равновесных связано с эффектом самоорганизации диссипативных структур в точках ее неустойчивости, что обеспечивает минимизацию энтропии в неравновесной системе. Это означает, что в основе процесса стеклования жидкости лежит самоорганизация диссипативных структур, контролируемая принципом минимума производства энтропии. Это обусловливает реализацию принципа подчинения в точке фазового перехода жидкость - кристалл и взаимосвязь параметров, контролирующих переход системы через неустойчивое состояние. [2]
Принципиальное отличие поведения неравновесных систем от равновесных связано с эффектом самоорганизации диссипативных структур в точках ее неустойчивости, что обеспечивает минимизацию энтропии в неравновесной системе. Это обусловливает реализацию принципа подчинения в точке фазового перехода жидкость-кристалл и взаимосвязь параметров, контролирующих переход системы через неустойчивое состояние. [3]
Следует особо подчеркнуть, что такое поведение сильно неравновесных систем довольно неожиданно. Действительно, каждый из нас интуитивно представляет себе, что химическая реакция протекает примерно следующим образом: молекулы плавают в пространстве, сталкиваются и, перестраиваясь в результате столкновения, превращаются в новые молекулы. Хаотическое поведение молекул можно уподобить картине, которую рисуют атомисты, описывая движение пляшущих в воздухе пылинок. Но в случае химических часов мы сталкиваемся с химической реакцией, протекающей совсем не-так, как нам подсказывает интуиция. Несколько упрощая ситуацию, можно утверждать, что в случае химических часов все молекулы изменяют свое химическое тождество одновременно, через правильные промежутки времени. Если представить себе, что молекулы исходного вещества и продукта реакции окрашены соответственно в синий и красный цвета, то мы увидели бы, как изменяется их цвет в ритме химических часов. [4]
Следует особо подчеркнуть, что такое поведение сильно неравновесных систем довольно неожиданно. Действительно, каждый из нас интуитивно представляет себе, что химическая реакция протекает примерно следующим образом: молекулы плавают. Хаотическое поведение молекул можно уподобить картине, которую рисуют атомисты, описывая движение пляшущих в воздухе пылинок. Но в случае химических часов мы сталкиваемся с химической реакцией, протекающей совсем не-так, как нам подсказывает интуиция, Несколько упрощая ситуацию, можно утверждать, что в случае химических часов все молекулы изменяют свое химическое тождество одновременно, через правильные промежутки времени. Если представить себе, что молекулы исходного вещества и продукта реакции чзцрашены соответственно в синий и красный цвета, то мы увидели бы, как изменяется их цвет в ритме химических часов. [5]
В последнее время анализ общих закономерностей поведения неравновесных систем, процессов их структурной перестройки проводится, как правило, на основе синергетического подхода. [6]
Уравнения (94.16), (94.17) составляют полную систему, описывающую в принципе поведение неравновесной системы. Второе из них - интегро-дифференциальное и представляет собой обобщение кинетического уравнения Больцмана; напомним в этой связи, что согласно (92.5), (92.6) функции G h и GH, а с ними и F, непосредственно связаны с функцией распределения частиц в системе. Решение уравнения (94.17) содержит произвол, соответствующий произволу в решении кинетического уравнения. Уравнение же (94.16) - чисто интегральное и не вносит поэтому никакого дополнительного произвола в решение системы. [7]
Главное внимание сосредоточено на двух фундаментальных проблемах: во-первых, доказательство возможности описания поведения неравновесных систем, которые только и могут существовать за счет недиагональных элементов матрицы, характеризующих корреляционные эффекты взаимодействий; во-вторых, обоснование необратимости природных процессов для открытых систем, обменивающихся веществом и энергией с окружающей средой. [8]
Уравнения ( 94 16 - 17) составляют полную систему, описывающую в принципе поведение неравновесной системы. Второе из них - интегро-дифференциальное и представляет собой обобщение кинетического уравнения Больцмана; напомним в этой связи, что согласно ( 92 5 - 6) функции G - и G -, а с ними и F, непосредственно связаны с функцией распределения частиц в системе. Решение уравнения ( 94 17) содержит произвол, соответствующий произволу в решении кинетического уравнения. Уравнение же ( 94 16) - чисто интегральное и не вносит поэтому никакого дополнительного произвола в решение системы. [9]
Судьба флуктуации, возмущающих химическую систему, а также новые ситуации, к которым она может эволюционировать, зависят от детального механизма химических реакций. В отличие от систем в слабо неравновесной области поведение сильно неравновесных систем весьма специфично. В сильно неравновесной области не существует универсального закона, из которого можно было бы вывести заключение относительно поведения всех без исключения систем. Каждая сильно неравновесная система требует особого рассмотрения. Каждую систему химических реакций необходимо исследовать особо - поведение ее может быть качественно отличным от поведения других систем. [10]
Судьба флуктуации, возмущающих химическую систему, а также новые ситуации, к которым она может эволюционировать, зависят от детального механизма химических реакций. В отличие от систем в слабо неравновесной области, поведение сильно неравновесных систем весьма специфично. В сильно неравновесной области не существует универсального закона, из которого можно было бы вывести заключение относительно поведения всех без исключения систем. Каждая сильно неравновесная система требует особого рассмотрения. Каждую систему химических реакций необходимо исследовать особо - поведение ее может быть качественно отличным от поведения других систем. [11]
Исследование фазовых переходов принадлежит к числу наиболее увлекательных областей физики. Первоначально его рамки ограничивались изучением фазовых переходов в равновесных системах, но за последние два десятилетия исследование вышло далеко за свои классические пределы. Поведение сильно неравновесных систем стало привлекать все большее внимание и превратилось в бурно развивающееся и весьма продуктивное поле деятельности для физиков, химиков и биологов. [12]
В отличие от внутренних флуктуации, которые для макроскопически больших систем пренебрежимо малы, флуктуации, обусловленные случайностью среды, весьма существенны. Основное различие между внутренними флуктуациями и внешним шумом состоит в том, что флуктуации среды ведут себя не как обратные степени характерного размера системы. Если принять во внимание ту важную роль, которую играет среда в поведении неравновесных систем, не приходится удивляться тому, что при определенных условиях влияние флуктуации среды может перестать быть пренебрежимо малым. Как ни странно, но отдельные результаты в этом направлении стали время от времени появляться в литературе лишь за последние 25 лет, причем результаты чисто теоретических исследований из самых различных областей естествознания. Еще более странно, что эти результаты почти не привлекли к себе внимания. Такое отсутствие резонанса, по-видимому, отчасти обусловлено несколько необычной манерой изложения результатов, а также тем, что они поступали в основном из разделов физики, лежащих вне ее основного ядра. Если уровень внешнего шума высок, то амплитуда колебаний в основном равна нулю. Если же интенсивность шума падает ниже некоторого порогового значения, то амплитуда колебаний в основном находится вблизи своего детерминированного значения. [13]
Именно это наблюдается в биологических системах, для которых характерно диспропорционирование энтропии. Общий баланс биологических процессов в достаточно большой системе, конечно, находится в согласии со вторым началом термодинамики, но сопряжение процессов приводит к временному развитию низкоэнтропийных организаций. Если состояние равновесия в классической термодинамике определено достаточно полно, то в описании поведения неравновесных систем термодинамика менее продуктивна. Принцип, который часто рассматривают как вторую часть второго начала термодинамики, утверждающий, что в необратимом процессе в изолированной системе энтропия возрастает, оставляет много возможностей для протекания процессов по совершенно различным путям. Так, система, содержащая источник энергии ( Солнце) и набор веществ, может достигнуть максимума энтропии в результате простых химических процессов, а может, как мы наглядно в этом убеждаемся, пойти по пути, на котором одним из продуктов диспро-порционирования энтропии явится мозг человека. [14]
Современная статистическая физика, или, коротко, статистика, основанная на методе Гиббса, иногда разделяется на классическую и квантовую статистики; это разделение касается выделения в классическую статистику тех вопросов, для которых нет необходимости прибегать к квантовым представлениям. Часто статистическую физику называют также статистической механикой, однако это название имеет теперь лишь историческое значение и было связано с приложением статистики к аналитической механике. Далее следует заметить, что для рассмотрения термодинамических - вопросов из общей статистической физики выделяют статистическую термодинамику, представляющую собой наиболее полно развитую часть статистики; в этой части рассматриваются системы, находящиеся в равновесии, подобно тому как и в классической термодинамике. Более новая ветвь статистики получила название статистической кинетики, где обсуждаются вопросы поведения неравновесных систем. [15]