Cтраница 2
Согласно этому принципу состояние неравновесной системы характеризуется локальными термодинамическими потенциалами, которые зависят от координаты времени только через характеристические термодинамические параметры, причем для всех термодинамических величин справедливы уравнения классической термодинамики. Это позволяет базировать рассмотрение неравновесных открытых систем на анализе термодинамической самоорганизации структур, в которых локализован некий квазиравновесный процесс. В этом случае эволюция системы представляется как ее переход через ряд термодинамических квазиравновесных состояний, а зависимость состояний системы от времени описывается с помощью параметров, контролирующих наиболее медленный процесс. [16]
Согласно этому принципу, состояние неравновесной системы характеризуется локальными термодинамическими потенциалами, которые зависят от координаты времени только через характеристические термодинамические параметры, причем для всех термодинамических величин справедливы уравнения классической термо динамики. Это позволяет базировать рассмотрение неравновесных открытых систем на анализе термодинамической самоорганизации структур, в которых локализован некий квазиравновесный процесс. В этом случае эволюция системы представляется как ее переход через ряд термодинамических квазиравновесных состояний, а зависимость состояний системы от времени описывается с помощью параметров, контролирующих наиболее медленный процесс. [17]
Другим широко известным примером является процесс лазерной генерации. Лазер непрерывного действия представляет собой сильно неравновесную открытую систему, образованную активными атомами и модами электромагнитного поля в резонаторе. Эта система выводится из равновесия благодаря постоянному притоку энергии от внешнего некогерентного источника оптической накачки. Поступающая энергия не накапливается в лазерной системе, а непрерывно покидает ее в форме электромагнитного излучения и потока тепла. Когда интенсивность накачки мала, генерируемое лазером излучение состоит из случайных, не сфазированных между собой цугов волн. [18]
Для необратимых процессов производство энтропии играет такую же роль как энтропия в равновесных ситуациях. Эволюция системы может приводить как к деградации, так и самоорганизации системы и возникновению диссипативных структур Согласно [2], эволюция неравновесной открытой системы путем самоорганизации происходит при условии минимума производства энтропии. [19]
Принцип локального равновесия означает справедливость всех уравнений равновесной термодинамики для бесконечно малых элементов массы ( объема) неравновесных систем. Согласно этому принципу, состояние неравновесной системы характеризуется локальными термодинамическими потенциалами, которые зависят от времени только через характеристические термодинамические параметры, причем для всех термодинамических величин справедливы уравнения классической термодинамики. Это позволяет строить рассмотрение неравновесных открытых систем на анализе термодинамической самоорганизации структур, в которых локализован некий квазиравновесный процесс. [20]
Во введении авторы обсуждают взаимосвязь индуцированных шумом неустойчивостей и переходов с явлениями самоорганизации - образования регулярных упорядоченных структур в сильно неравновесных открытых системах. Как известно, процессы возникновения и перестройки таких структур служат аналогами фазовых переходов в равновесных системах. В книге подчеркивается, что фактором, обусловливающим перестройку кинетического режима сильно неравновесной открытой системы, может являться не только детерминированное внешнее воздействие, но и случайные флуктуации в свойствах окружающей среды, с которой взаимодействует рассматриваемая открытая система. Таким образом, существует важный класс эффектов - неравновесные фазовые переходы, индуцированные внешним шумом. [21]
Детерминированный хаос характеризуется наличием периодического процесса, траектория которого воспроизводится, т.е. после повторения начального состояния вновь воспроизводится одна и fa же траектория, независимо от ее сложности. Это позволяет по параметрам одного из периодов повторения траектории прогнозировать будущее. Однако при этом необходимо учитывать свойства равновесных и неравновесных систем. Неравновесные открытые системы допускают новые структурные состояния. Диссипативные системы независимо от вида устойчивости вызывают уменьшение фазового объема во времени до нуля. Так что диссипативная система может переходить в упорядоченное состояние в результате неустойчивости предыдущего неупорядоченного состояния. Первоначально устойчивая диссипативная структура в процессе своей эволюции достигает критического состояния, отвечающего порогу устойчивости структуры, начинает осцилировать, а возникающие в ней флуктуации приводят к самоорганизации новой, более устойчивой структуры на данном иерархическом уровне эволюции. При этом важным является тот факт, что как и в биологических системах, переходы устойчивость - неустойчивость - устойчивость контролируются кумулятивной обратной связью. Она отличается от регулируемой извне обратной связью тем, что позволяет самоорганизовывать такую внутреннюю структуру, которая повышает степень ее организации. Таким образом, кумулятивная обратная связь за счет накопленной внутренней энергии позволяет системе осуществлять не просто обратное взаимодействие, учитывающее полученную информацию о предыдущем критическом состоянии, но и обеспечивать сохранение или повышение организованности структуры. [22]
С другой стороны, если интенсивность внешнего воздействия достаточно мала, состояние открытой системы близко к равновесному. Таким образом, при увеличении интенсивности воздействия происходит переход от теплового равновесия к турбулентному режиму. Зарождение турбулентности может происходить скачком либо, что особенно важно для нас в данном случае, занимать некоторый интервал значений параметров, характеризующих степень внешнего воздействия на рассматриваемую систему. Образование таких структур и представляет собой фактически явление самоорганизации в неравновесных открытых системах. [23]