Диссипативные структуры

Каждая система состоит из элементов (подсистем). Эти элементы находятся в определенном порядке и связаны определенными отношениями. Структуру системы можно назвать организацию элементов и характер связи между ними.

В реальных физических системах имеются пространственные и временные структуры.

Формирование структуры - это возникновение новых свойств и отношений в множестве элементов системы. В процессах формирования структур играют важную роль понятия и принципы:

-Постоянный отрицательный поток энтропии.

-Состояние системы в дали от равновесия.

-Нелинейность уравнений описывающих процессы.

-Коллективное (кооперативное) поведение подсистем.

-Универсальный критерий эволюции Пригожина - Гленсдорфа.

Формирование структур при необратимых процессах должно сопровождаться качественным скачком (фазовым переходом) при достижении в системе критических значений параметров. В открытых системах внешний вклад в энтропию (2.1) d S в принципе можно выбрать произвольно, изменяя соответствующим образом параметры системы и свойства окружающей среды. В частности энтропия может уменьшаться за счет отдачи энтропии во внешнюю среду, т.е. когда d S < 0. Это может происходить, если изъятие из системы в единицу времени превышает производство энтропии внутри системы, то есть

d S dS_e dS_i

¾ < 0, если ¾ > ¾ > 0 (2.3)

d t dt dt

Чтобы начать формирование структуры, отдача энтропии должна превысить некоторое критическое значение. В сильно неравновесном расстоянии переменные системы удовлетворяют нелинейным уравнениям.

Таким образом, можно выделить два основных класса необратимых процессов:

Уничтожение структуры вблизи положения равновесия. Это универсальное свойство систем при произвольных условиях.

Рождение структуры вдали от равновесия в открытой системе при особых критических внешних условиях и при нелинейной внутренней динамики. Это свойство не универсально.

Пространственные, временные или пространственно-временные структуры, которые могут возникать вдали от равновесия в нелинейной области при критических значениях параметров системы называются диссипативными структурами.

В этих структурах взаимосвязаны три аспекта:

Функция состояния, выражаемая уравнениями.

Пространственно - временная структура, возникающая из-за неустойчивости.

Флуктуации, ответственные за неустойчивости.

Рис. 1. Три аспекта диссипативных структур.

Взаимодействия между этими аспектами приводит к неожиданным явлениям - к возникновению порядка через флуктуации, формированию высокоорганизованной структуры из хаоса.

Таким образом, в диссипативных структурах происходит становление из бытия, формируется возникающее из существующего.

Дата добавления: 2015-05-09