1. Energiyaning tarqalishi

Kirish

Kimyoviy reaksiyaga kirishuvchi aralashmalarni o'z ichiga olgan va bo'shashishdan termodinamik muvozanatgacha bo'lgan ochiq tizimlar xarakterli kollektiv effektlarni ko'rsatish qobiliyatini namoyon qiladi. Xususan, ularda makroskopik tartiblangan holatlar (dissipativ tuzilmalar deb ataladi) o'z-o'zidan paydo bo'ladi. Dissipativ tuzilmalar nazariyasining asosiy natijalari fazoviy tashkil etish turiga ko'ra farq qiluvchi holatlarning ko'pligi, bu holatlar o'rtasida ham o'z-o'zidan, ham individual o'tish imkoniyati va makroskopik tartibning shakllanish dinamikasining universal tavsifidir.

1. Energiyaning tarqalishi

Energiyaning tarqalishi (lotincha dissipatio - tarqalish) - tartiblangan jarayonlar energiyasining bir qismini (harakatlanuvchi jismning kinetik energiyasi, elektr toki energiyasi va boshqalar) tartibsiz jarayonlar energiyasiga, oxir-oqibat issiqlikka o'tishi. Vaqt o'tishi bilan tartibli harakat energiyasi energiyaning tarqalishi, energiyaning boshqa turlariga, masalan, issiqlik yoki radiatsiyaga aylanadigan tizimlar dissipativ deb ataladi. Bunday tizimlarda energiyaning tarqalish jarayonlarini hisobga olish uchun ma'lum sharoitlarda dissipativ funktsiyani kiritish mumkin. Agar yopiq tizimda energiya tarqalishi sodir bo'lsa, u holda tizimning entropiyasi ortadi. Tizimdan energiyani olib tashlash jarayonlari natijasida yuzaga keladigan ochiq tizimlarda energiyaning tarqalishi, masalan, radiatsiya shaklida, tizim va atrof-muhitning umumiy entropiyasining oshishi bilan ko'rib chiqilayotgan tizim entropiyasining pasayishiga olib kelishi mumkin. . Bu, xususan, galaktikalar va yulduzlarning hosil bo'lish bosqichlarida materiyaning o'ziga xos entropiyasini kamaytirishda energiya tarqalishi jarayonlarining muhim rolini ta'minlaydi. [1]

. Dissipativ tizimlar

Entropiyaning ortishi kuzatiladigan ochiq tizimlar dissipativ deyiladi. Bunday sistemalarda tartibli harakat energiyasi tartibsiz xaotik harakat energiyasiga, issiqlikka aylanadi. Agar muvozanat holatidan chiqarilgan yopiq tizim (Gamilton tizimi) har doim maksimal entropiyaga qaytishga moyil bo'lsa, u holda ochiq tizimda entropiyaning chiqishi tizimning o'zida uning o'sishini muvozanatlashi mumkin va shunday bo'lishi mumkin. statsionar holat yuzaga keladi. Agar entropiyaning chiqishi uning ichki o'sishidan oshsa, u holda keng ko'lamli tebranishlar paydo bo'ladi va makroskopik darajaga o'sadi va ma'lum sharoitlarda tizimda o'z-o'zini tashkil qilish jarayonlari va tartibli tuzilmalarni yaratish boshlanadi. [3]

Tizimlarni o'rganishda ular ko'pincha differentsial tenglamalar tizimi bilan tavsiflanadi. Bu tenglamalar yechimining fazodagi ma'lum bir nuqtaning o'lchami o'zgaruvchilar soniga teng bo'lgan harakati sifatida tasvirlanishi tizimning fazali traektoriyalari deyiladi. Fazali traektoriyaning barqarorlik nuqtai nazaridan xatti-harakati shuni ko'rsatadiki, tizimning barcha echimlari oxir-oqibat ma'lum bir kichik to'plamga qaratilgan bo'lsa, uning bir nechta asosiy turlari mavjud.
Muayyan parametrga bog'liq bo'lgan dinamik tizimlar, qoida tariqasida, parametr o'zgarganda xatti-harakatlar tabiatining silliq o'zgarishi bilan tavsiflanadi. Shu bilan birga, parametr ba'zi bir kritik (bifurkatsiya) qiymatga ega bo'lishi mumkin, bu orqali tizim sifat jihatidan qayta qurishdan o'tadi va shunga mos ravishda uning dinamikasi keskin o'zgaradi, masalan, barqarorlik yo'qoladi. Barqarorlikning yo'qolishi, qoida tariqasida, barqarorlik nuqtasidan barqaror tsiklga o'tish (barqarorlikning yumshoq yo'qolishi), traektoriyaning barqaror holatdan chiqishi (barqarorlikning qattiq yo'qolishi) va tsikllarning tug'ilishi bilan sodir bo'ladi. ikkilamchi davr. Parametrning keyingi o'zgarishi bilan xaotik jarayonlar sodir bo'lishi mumkin.
Klassik mexanikada o'rganiladigan konservativ tizimlardan tashqari, biz qaytarib bo'lmaydigan jarayonlarga olib keladigan tizimlarni ham ko'rib chiqishimiz kerak. Bunday turdagi eng oddiy misol ishqalanishli tizimlardir.
Dissipatsiya jarayonining maxsus shakli bo'lgan ishqalanishning muhim roli klassik mexanika yaratilishidan ancha oldin amalga oshirilgan. Aristotel barcha oy osti dinamik tizimlar odatda muvozanatga intiladi, deb taklif qilganida, u haqiqatan ham "ishqalanish" kabi narsa harakatni sekinlashtirishi kerak degan fikrni ifodalagan edi. Shu munosabat bilan, tezlikni emas, balki tezlanishning asosiy rolini aks ettiruvchi klassik inertsiya printsipi ishqalanishni e'tiborsiz qoldirish natijasida yuzaga keladigan ma'lum bir idealizatsiyaga mos keladi. [2,4]
Furye va Klauzius asarlaridan boshlab, 19-asrda. qaytarilmas jarayonlarga olib keladigan dissipativ tizimlarga qiziqish ortdi. O'sha paytda sodir bo'lgan sanoat inqilobini hisobga olsak, bu juda tabiiy edi. Biroq, xuddi shu sababga ko'ra, tarqalish faqat mavjud energiyaning tugashi bilan bog'liq holda ko'rib chiqildi.
Qizig‘i shundaki, qadimgi yunon faylasuflaridan biri... Platon doimiylik ham, oʻzgaruvchanlik ham voqelikning tarkibiy qismlari ekanligiga chuqur amin edi. Biroq, 19-asrda. ziddiyatli vaziyat yuzaga keldi. Shunday qilib, fizikada qaytarilmaslik va dissipatsiya qandaydir degradatsiya sifatida qabul qilingan va boshqa tomondan, biologik evolyutsiya, shubhasiz, qaytarilmas jarayon bilan bog'liq edi. ortib borayotgan murakkablik bilan. Ehtimol, texnologik ahamiyati tufayli suyuqliklar mexanikasi tarixan dissipativ jarayonlarning hal qiluvchi roli to'liq amalga oshirilgan birinchi soha bo'lib chiqdi. Biroq, materiya tuzilishining molekulyar kontseptsiyasi asta-sekin o'rnatilishi bilan shunga o'xshash tendentsiya fanda, kimyoviy kinetikada, Broun harakati nazariyasida va turli xil transport hodisalarida rivojlandi. Bugungi kunda dissipativ tizimlar tabiiy tizimlarning juda keng va muhim sinfini ifodalashi umumiy qabul qilingan. [6]
Konservativ va dissipativ tizimlar o'rtasidagi farq ikkinchisini makroskopik tarzda tasvirlashga harakat qilganda, tizimning oniy holatini aniqlash uchun harorat, konsentratsiya, bosim, konvektiv tezlik va boshqalar kabi kollektiv o'zgaruvchilardan foydalanilganda eng aniq namoyon bo'ladi.Tenglamalarni ko'rib chiqishda. Ushbu o'zgaruvchilarning xatti-harakatlarini boshqaradigan, ularning keyingi muhim xususiyati aniq bo'ladi: ular tenglamalardan farqli o'laroq, vaqtni teskari o'zgartirish operatsiyasi ostida o'zgarmas emas.
Va

Shu asosda, tegishli hodisalarning almashinishi qaytarib bo'lmaydigan bo'lishini kutish mumkin.

Bu holat kimyoviy reaksiya misolida hayratlanarli darajada aniq tasvirlangan. Tenglama bilan tasvirlangan jarayonni ko'rib chiqing . A tipidagi zarrachalarni iste'mol qilish tezligi A va B tipidagi molekulalarning uchrashish chastotasiga proportsional bo'lib, suyultirilgan tizimlarda ularning konsentratsiyasining mahsulotiga proportsionaldir. Shunday qilib, bizda bor


(1)

Shubhasiz, vaqtni invertatsiya qilishda (t'=-t) va yozuvni kiritishda vaqtga bog'liq kontsentratsiyalar uchun (1) tenglama quyidagi shaklni oladi:

Endi bu tenglama A tipidagi modda iste'mol qilinmaydigan, balki ishlab chiqariladigan jarayonni tavsiflaydi. Albatta, bunday jarayon (1) tenglama bilan tavsiflangan jarayonga teng emas.
Dissipativ jarayonlarning boshqa misollariga issiqlik o'tkazuvchanligi va diffuziya kiradi. Tajriba shuni ko'rsatadiki, agar bir jinsli suyuqlikda kichik bir xillik paydo bo'lsa, unda bunday buzilish vaqt o'tishi bilan tarqaladi va asta-sekin yo'qoladi. Xuddi shunday noyob yo'naltirilgan evolyutsiya izotermik suyuqlikka tez va mahalliy ravishda kiritilgan kichik harorat o'zgarishida kuzatiladi. Eksperimental ma'lumotlarga juda mos keladigan ushbu hodisalarning miqdoriy tavsifi mos ravishda Fik tenglamasi va Furye tenglamasi deb ataladigan quyidagi tenglamalar bilan berilgan:


(2)
(3)

Bu erda c - suyuqlikda erigan ma'lum bir moddaning konsentratsiyasi, T - harorat, D - massa diffuziya koeffitsienti va x - issiqlik tarqalish koeffitsienti. Vaqtni teskari aylantirganimizda, biz yana butunlay boshqa qonunlarni olamiz:

Ushbu tenglamalarga ko'ra, harorat yoki kontsentratsiyadagi dastlabki buzilish parchalanmaydi, balki kuchayadi.

Konsentratsiya ham, harorat ham "juft" o'zgaruvchilarga misoldir, chunki vaqt teskari bo'lganda bu o'zgaruvchilarning belgisi o'zgarmaydi. Aksincha, zarracha impulsi yoki suyuqlikning konvektiv tezligi "g'alati" o'zgaruvchilardir, chunki ular koordinata tipidagi o'zgaruvchilarning vaqt hosilalaridir va vaqt teskari bo'lganda ishorani o'zgartiradi. Bu dissipativ tizim evolyutsiyasi uchun tenglamaning quyidagi umumiy xususiyatiga olib keladi. Bunday tizimning makroskopik o'zgaruvchilari to'liq to'plamini bilan belgilaymiz . Ushbu o'zgaruvchilarning vaqt o'tishi bilan evolyutsiyasi tenglamalar tizimi bilan tavsiflanadi:

Bu erda Fi funktsiyalari har qanday murakkab tarzda X o'zgaruvchilarga va ularning fazoviy hosilalariga va aniq fazoviy koordinatalarga r va vaqt t ga bog'liq bo'lishi mumkin. U holda dissipativ tizimda t'= -t vaqtni teskari o'zgartirish operatsiyasini bajarsak, u holda juft o'zgaruvchiga mos keladigan tezlik funksiyalaridan kamida bittasi o'zgarmas qismni, toq o'zgaruvchiga mos keladigan tezlik funksiyasini o'z ichiga olishi kerak . vaqtga ishora qilganda belgisini o'zgartiradigan qism. Birinchi toifadagi tezlik funksiyalariga misollar (1)-(3) tenglamalarning o'ng tomonlari bilan berilgan, ikkinchi sinfga misol sifatida esa viskozitning suyuqlikning impuls momentining muvozanat tenglamasiga qo'shgan hissasi keltirilgan. konvektiv harakat.

Konservativ tizimlarda bo'lgani kabi, dissipativ tizimlar uchun ham qulay faza maydoni kiritilishi mumkin. U mavjud o'zgaruvchilar ansamblini o'z ichiga oladi va shuning uchun doimiy muhitda cheksiz o'lchovli fazoga aylanadi, bu erda turli xarakteristikalar fazoviy taqsimlangan miqdorlar [qarang. tenglamalar (2) va (3)]. Shuning uchun, o'zgaruvchilarning diskret sonini o'z ichiga olgan bo'lsa, va ayniqsa, bu raqam chekli va afzalroq kichik bo'lsa, fazali bo'shliq bilan ishlash eng qulaydir.

Guruch. 1. Dissipativ sistemaning fazalar fazosida ifodalanishi,
a - (1) tenglamaga muvofiq bitta o'zgaruvchi bilan tavsiflangan tizim, b - ikkita o'zgaruvchiga ega tizim, tenglama (5).

Masalan, (1) tenglama bo'lsa, fazalar bo'shlig'i faza traektoriyasi joylashgan chiziqqa qisqartiriladi (1-rasm, a). Kamroq ahamiyatsiz misol - bu quyidagi kinetik sxema bo'yicha tavsiflangan kimyoviy reaktsiya:

(4)

Tegishli kinetik tenglamalar shaklga ega

(5)

Bunday tizimning fazali traektoriyalari rasmda ko'rsatilgan. 1, b. Shuni yodda tutish kerakki, ba'zi dissipativ tizimlar konservativ shaklga o'tkazilishi va Gamilton shakliga keltirilishi mumkin. Masalan, mashhur Lotka-Volterra mexanizmi

(6)

Ushbu tizimda "Gamiltonian" rolini o'ynaydigan ma'lum bir notrivial harakat integrali mavjud. Va shunga qaramay, o'zining konservativ tabiatiga qaramay, bu tizim vaqtni o'zgartirishda o'zgarmas emas, chunki X va Y o'zgaruvchilari ham ijobiydir. Shuning uchun ularga klassik mexanikadagi impulsga o'xshash xususiyatlarni berishning ma'nosi yo'q, bu esa bunday o'zgarmaslik uchun zarurdir.

Dissipativ va konservativ tizimlar o'rtasidagi bog'liqlik masalasi, shuningdek, bir tavsifdan ikkinchisiga o'tish imkoniyati masalasi hali ko'rib chiqilmagan. [6]

3. Dissipativ tuzilmalar. Turlari

Dissipativ tuzilmalar tizimdagi o'zlarining ichki beqarorliklarining rivojlanishi natijasidir. O'z-o'zini tashkil qilish jarayonlari energiya va massani atrof-muhit bilan almashtirishda, ya'ni joriy muvozanat holatini saqlab turganda, tarqalish natijasida yuzaga keladigan yo'qotishlar tashqaridan qoplanganda mumkin. Ushbu jarayonlar makroskopik funktsiyalar uchun chiziqli bo'lmagan tenglamalar bilan tavsiflanadi.

Dissipativ tuzilmalarni quyidagilarga bo'lish mumkin:
vaqtinchalik
fazoviy
fazoviy-vaqtinchalik
Vaqt tuzilmalariga davriy, tebranish va to'lqin jarayonlari misol bo'la oladi. Fazoviy tuzilmalarning tipik misollari: laminar oqimning turbulentga o'tishi, issiqlik uzatishning diffuziya mexanizmining konvektivga o'tishi. Odatiy misollar: turbulentlik , Benard xujayralari va gözeneklerin super panjarasi.
Turbulentlikning rivojlanishi Reynolds soni kritik qiymatga yetganda boshlanadi. Laminar oqim beqaror bo'lib qoladi, harakat tezligida statsionar tebranishlar paydo bo'ladi, so'ngra xarakterli chastotalarning tobora ortib borayotgan soniga qadar murakkabroq harakat. Bu nihoyatda murakkab kvazi-davriy harakat ba'zan dinamik xaos deb ataladi.
Fazo-vaqt tuzilmalariga misol sifatida lazerning lasing rejimi va tebranuvchi kimyoviy reaksiyalar kiradi. Lazerda kogerent nurlanishning ko'rinishi nasos quvvati (kirish energiyasi) chegara qiymatiga yetganda sodir bo'ladi. Ilgari bir-biridan mustaqil ravishda chiqarilgan lazer ishchi suyuqligining atomlari yoki molekulalari bir xil fazada doimiy ravishda yorug'lik chiqara boshlaydi.
Fizikada fazaviy o'tish tashqi parametrlarning doimiy o'zgarishi bilan fizik xususiyatlarning keskin o'zgarishini anglatadi. Muvozanatsiz fazaga o'tish tebranishlar bilan belgilanadi. Ular o'sadi, ko'lamini makroskopik qiymatlarga oshiradi. Beqarorlik yuzaga keladi va tizim tartibli holatga o'tadi. Turli tabiatdagi muvozanatsiz fazali o'tishlar umumiy xususiyatlarga ega. Avvalo, tartiblash simmetriyaning pasayishi bilan bog'liq bo'lib, bu tizim elementlari o'rtasidagi qo'shimcha aloqalar (korrelyatsiya) tufayli cheklovlar paydo bo'lishidan kelib chiqadi. L. D. Landau 1937 yilda simmetriyaning o'zgarishi sifatida ikkinchi tartibli fazali o'tishlarning umumiy talqinini taklif qildi. O'tish nuqtasida simmetriya keskin o'zgaradi. Shuningdek, kinetik fazali o'tishlarning umumiy xususiyati asosiy makroskopik o'zgaruvchining mavjudligi bo'lib , bu bizga tartiblash jarayonining yagona tavsifini - tartib parametrini berishga imkon beradi. O'zining jismoniy ma'nosida tartib parametri tizimdagi uzoq masofali tartib darajasini belgilaydigan korrelyatsiya funktsiyasidir . [7.8]

. Dissipativ tuzilmalarning umumiy nazariyasi

Ma'lumki, dissipativ tuzilmalar bir hil muvozanatsiz dissipativ muhitda beqarorlikning rivojlanishi natijasida paydo bo'ladigan barqaror fazoviy bir hil bo'lmagan tuzilmalardir. Bu atama I. Prigojin tomonidan taklif qilingan. Dissipativ tuzilmalarga misol sifatida Benard hujayralari (suyuqlikdagi ko'tarilgan va tushuvchi konveksiya oqimlarining almashinishi), plazmadagi chiziqlar, kimyoviy moddalardagi konsentratsiyalarning bir xil bo'lmagan taqsimlanishi mumkin. reaktorlar, sirrus bulutlari va boshqa hodisalar. Dissipativ tuzilmalarning umumiy nazariyasi asoslari 1952 yilda A.Tyuring tomonidan tuzilgan.

Dissipativ tuzilmalarning eng oddiy modellari t vaqtga va bitta fazoviy koordinata r ga qarab ikkita dinamik o'zgaruvchi x, y bilan tavsiflanadi:

Tizim (*) chiziqli bo'lmagan jarayonlarning (fizik, kimyoviy, biologik va boshqalar) kinetikasini x va y komponentlarining (xususan, diffuziya tufayli) koinotning qo'shni mintaqalariga migratsiyasini hisobga olgan holda tavsiflaydi. Dx va Dy miqdorlar diffuziya koeffitsientlari, nochiziqli funksiyalar P (x, y) va Q (x, y) x va y komponentlarning ortishi va kamayishini tavsiflaydi . Agar dissipativ tuzilmalar uchlari o'tib bo'lmaydigan uzunlik segmentida hosil bo'lsa , chegara shartlari r = 0, L da shaklga ega bo'ladi. Dissipativ tuzilmalarning shakllanishi qachon mumkin sharoitlar.

) O'zgaruvchilardan biri (masalan, x) "avtokatalitik", ikkinchisi (y) "damping". Demak, statsionar holatga yaqin chiziqlilashgan sistemada [bunday ], miqdor ijobiy, miqdor esa manfiy. Miqdorlar va shuningdek, turli belgilarga ega bo'lishi kerak. Bunday shartlar faqat termodinamik jihatdan muvozanatsiz ochiq tizimlarda bajariladi; Prigojin terminologiyasiga ko'ra, ular "nochiziqli termodinamika" sohasiga tegishli.
) Avtokatalizatorning diffuziya koeffitsienti amortizator uchun diffuziya koeffitsientidan kichik bo'lishi kerak (ya'ni Dx(1) va (2) shartlar bajarilganda, bir hil statsionar holat L ga mos keladigan ma'lum bir to'lqin uzunligiga ega garmonik buzilishlarga nisbatan barqarorlikni yo'qotishi mumkin. qayd etilgan buzilishlar nolga aylanadi, bifurkatsiya deyiladi va hodisaning o'zi Tyuring bifurkatsiyasidir. Tizim tashqi buzilishlardan o'sishi mumkin bo'lgan cheklangan miqdordagi harmonik rejimlarni tanlaydi (cheklangan holatda bitta). Ularning o'sishi P(x, y) va Q(x, y) funksiyalarning chiziqli bo'lmagan hadlari bilan barqarorlashadi. Bifurkatsiyaga yaqin bo'lgan parametr qiymatlarida silliq uyg'un dissipativ tuzilma hosil bo'ladi. Bifurkatsiya nuqtasidan uzoqda qarama-qarshi dissipativ tuzilmalar paydo bo'ladi, ular x avtokatalitik o'zgaruvchining keskin o'zgarishining tor sohalaridan iborat bo'lib, o'zgaruvchilarning silliq o'zgarishining keng maydonlari bilan almashadi. Diffuziya koeffitsienti o'rtasidagi teskari munosabat bilan tizimda avtoto'lqinlar paydo bo'ladi. Dissipativ tuzilmalarning barcha o'rganilgan modellari ikkita sinfga bo'linadi, ular "katlama" va "yig'ish" turlarining falokatlari bilan mos kelishi mumkin. Dissipativ tuzilmalar sinfi tenglamaning yechimi bo'lgan funktsiyaning ekstremal soni bilan belgilanadi .
Bitta ekstremum (katlama) bo'lsa, qarama-qarshi dissipativ tuzilma avtokatalitik o'zgaruvchining x (r) bir qator tor "cho'qqilari" dan iborat bo'lib, ikkala o'zgaruvchida ham silliq o'zgarishlarning uzun qismlari bilan ajratilgan. Agar ikkita ekstremal (yig'ish) mavjud bo'lsa, unda avtokatalizator tarkibining ortib borayotgan va kamaygan keng maydonlaridan tashkil topgan pog'onali shakldagi kontrastli dissipativ tuzilmalarni shakllantirish mumkin; ular orasidagi tor chegaralar x(r) dagi keskin o'zgarishlar jabhalaridir.
L uzunlikdagi segmentda bir nechta (ko'p) turli xil davriy dissipativ tuzilmalar mavjud bo'lishi mumkin, har bir yechimning amalga oshirilishi dissipativ strukturaning paydo bo'lish tarixiga bog'liq. Kontrastli dissipativ tuzilmalar kosmosdagi kichik bir xilliklarga juda sezgir, shuning uchun etarlicha barqaror davriy bo'lmagan dissipativ tuzilmalar (silliq bo'laklarning uzunligi har xil) paydo bo'lishi mumkin. Dissipativ tuzilmalar nazariyasi tabiatdagi o'z-o'zini tashkil etish hodisalarini sifat jihatidan tavsiflash uchun ishlatiladi. Jumladan, biofizikada organizmning rivojlanishi (morfogenez) davrida strukturaning oʻz-oʻzidan paydo boʻlishini, ekologiyada individlarning fazoda heterojen taqsimlanishini, bir qator mikroorganizmlarda koloniyalar tuzilishini tasvirlash uchun foydalaniladi. Dissipativ tuzilmalar nazariyasi sinergetika va avtoto'lqinlar nazariyasining muhim qismi sifatida kiritilgan. [8,12]

5. Dissipativ tuzilmalar va muvozanatsiz tizimlarning o'z-o'zini tashkil etishi

dissipativ faza vaqtinchalik turbulentlik
19-asrda faqat eng oddiy, yopiq tizimlar oʻrganildi, ular tashqi muhit bilan na materiya, na energiya almashdilar; Shu bilan birga, asosiy e'tibor tizim muvozanatga yaqin holatda bo'lgan termodinamik jarayonlarning yakuniy bosqichiga qaratildi. O'sha davrning termodinamiği muvozanatli termodinamika edi. Boltsman aynan muvozanat holatlarini (kam uchraydigan gazda) o'rgangan, bu uning boshiga tushgan ijodiy muvaffaqiyatsizlikka sabab bo'lgan: evolyutsiya g'oyasini qizg'in qabul qilgan (uning bahosi yaxshi ma'lum: "XIX asr - asr. Darvinizm"), u darvinizmni qat'iy jismoniy asoslash uchun ko'p kuch va vaqt sarfladi - lekin u hech qachon buni uddalay olmadi. Bundan tashqari, u tomonidan kiritilgan tartib printsipi uyushmagan tuzilmalardan uyushgan (va shuning uchun kamroq ehtimollik bilan) tuzilmalarning paydo bo'lishiga bevosita taqiq qo'yadi - ya'ni. progressiv evolyutsiya uchun. O'sha paytda nomutanosiblik jarayonlari istisnolar, maxsus o'rganishga loyiq bo'lmagan mayda detallar sifatida qaraldi. Hozirgi vaqtda vaziyat tubdan o'zgardi va yopiq tizimlar nisbatan kamdan-kam istisnolar sifatida qaraladi. Shu bilan birga, o'ta nomutanosiblik sharoitida bo'lgan ochiq tizimlarda o'z-o'zini tashkil qilish qobiliyatiga ega bo'lgan tuzilmalarning turlari o'z-o'zidan paydo bo'lishi mumkinligi aniqlandi, ya'ni. tartibsizlik, "termal xaos" dan tartibli holatlarga o'tishga. Yangi, muvozanatsiz termodinamikaning yaratuvchisi Prigojin bu tuzilmalarni dissipativ deb atadi - paradoksni ta'kidlashga urinib ko'rdi: ularning paydo bo'lishida tarqalish jarayoni (ya'ni, qaytarilmas energiya yo'qolishi) konstruktiv rol o'ynaydi. Bu jarayonlarda tebranishlar alohida ahamiyatga ega - ko'p sonli birliklar tizimini o'rtacha qiymatidan tavsiflovchi ma'lum miqdorning tasodifiy og'ishlari (Prigojinning kitoblaridan biri "Muvozanatsiz tizimlarda o'z-o'zini tashkil qilish" deb nomlanadi. Dissipativ tuzilmalardan tebranishlar orqali tartiblashgacha. ”) [7 ,8]
Bunday o'z-o'zini tashkil qilishning eng oddiy holatlaridan biri bu Benardning beqarorligi. Agar pastdan juda qalin bo'lmagan yopishqoq suyuqlik qatlamini asta-sekin qizdirsak, ma'lum bir nuqtaga qadar suyuqlikning pastki qatlamidan yuqoriga issiqlikni olib tashlash faqat konveksiyasiz issiqlik o'tkazuvchanligi bilan ta'minlanadi. Biroq, pastki va yuqori qatlamlar orasidagi harorat farqi ma'lum bir chegara qiymatiga yetganda, tizim muvozanatdan chiqib ketadi va hayratlanarli narsa sodir bo'ladi. Bizning suyuqlikimizda konvektsiya sodir bo'ladi, unda millionlab molekulalar ansambllari to'satdan, xuddi buyruq bo'yicha, muvofiqlashtirilgan harakatga keladi va muntazam olti burchakli konvektiv hujayralarni hosil qiladi. Bu shuni anglatadiki, ko'pchilik molekulalar deyarli bir xil tezlikda harakat qila boshlaydi, bu molekulyar kinetik nazariyaning qoidalariga va klassik termodinamikadan Boltsman tartibi printsipiga zid keladi. Agar klassik termodinamikada issiqlik oqimi yo'qotishlar (tarqalish) manbai hisoblansa, Benard hujayralarida u tartib manbai bo'ladi. Prigojin vaziyatni tashqi dunyo bilan energiya almashinuvi bilan barqarorlashgan ulkan tebranish sifatida tavsiflaydi.[13]
Muvozanatsiz kimyoviy tizimlarda (masalan, kimyoviy soat deb ataladigan) sodir bo'ladigan o'z-o'zini tashkil qilish hodisalari yanada hayratlanarli. Agar Benard hujayralarida biz molekulalarning muvofiqlashtirilgan mexanik harakatlari haqida gapirgan bo'lsak, bu erda biz xuddi shunday muvofiqlashtirilgan, xuddi buyruq bo'yicha, ularning kimyoviy o'zgarishlari bilan shug'ullanamiz. Faraz qilaylik, bizda ikki turdagi molekulalar - "ko'k" va "qizil" bo'lgan idish bor. Molekulalarning harakati xaotik, shuning uchun tomirning istalgan qismida "ko'k" va "qizil" molekulalarning kontsentratsiyasi bir yo'nalishda yoki boshqa yo'nalishda o'rtacha ko'rsatkichdan bir oz farq qiladi va reaktsiya aralashmasining umumiy rangi bo'lishi kerak. ko'k va qizil tomon cheksiz o'tishlari bilan binafsha rang. Ammo kimyoviy soatda biz butunlay boshqacha narsani ko'ramiz: butun reaksiya aralashmasining rangi sof ko'k bo'ladi, keyin u keskin sof qizilga, keyin yana ko'k rangga aylanadi va hokazo. Prigojin ta'kidlaganidek, "milliardlab molekulalarning muvofiqlashtirilgan xatti-harakatlariga asoslangan bunday yuqori tartib aql bovar qilmaydigan ko'rinadi va agar kimyoviy soat "tanada" kuzatilmasa, bunday jarayonning mumkinligiga hech kim ishonmaydi." (Oxirgisiga kelsak, shuni ta'kidlash kerakki, ushbu turdagi reaktsiyaning kashfiyotchisi P.B. Belousov ko'p yillar davomida o'zi ko'rsatgan kimyoviy soat - va aniq "tanada"! - shunchaki ayyorlik emasligini isbotlashi kerak edi.) [5,9]
Kimyoviy soatlardan tashqari, muvozanatsiz kimyoviy tizimlarda o'z-o'zini tashkil qilishning boshqa shakllari ham kuzatilishi mumkin: barqaror fazoviy differentsiatsiya (bizning misolimizda bu tomirning o'ng yarmi qizil va chap yarmi ko'k rangga aylanishini anglatadi) yoki makroskopik. kimyoviy faollik to'lqinlari (binafsha fon bo'ylab harakatlanadigan qizil va ko'k naqshlar). Biroq, o'z-o'zini tashkil etish jarayonlari ma'lum bir tizimda boshlanishi uchun uni hech bo'lmaganda barqaror, muvozanat holatidan olib tashlash kerak. Benard hujayralarida beqarorlik oddiy mexanik kelib chiqishiga ega. Isitish natijasida suyuqlikning pastki qatlami kamroq va kamroq zichroq bo'ladi va og'irlik markazi yanada yuqoriga qarab harakat qiladi; kritik nuqtaga yetganda, tizim "ag'dariladi" va konveksiya sodir bo'ladi. Kimyoviy tizimlarda vaziyat ancha murakkab. Bu erda tizimning statsionar holati uning rivojlanishining to'g'ridan-to'g'ri va teskari kimyoviy reaktsiyalar o'zaro muvozanatlashganda va reaktivlar kontsentratsiyasining o'zgarishi to'xtaganda, uning rivojlanish bosqichini ifodalaydi. Tizimni bu holatdan olib tashlash juda qiyin va aksariyat hollarda bu shunchaki imkonsizdir; "Kimyoviy soatlar" kabi reaktsiyalar yaqinda, 50-yillarda kashf etilgani bejiz emas (garchi ularning mavjudligini nazariy jihatdan matematik R. Volterra 1910 yilda bashorat qilgan bo'lsa ham). Statsionar holatning barqarorligi buzilishi uchun bitta zarur (lekin etarli emas) shart mavjud: tizimda sodir bo'ladigan kimyoviy reaktsiyalar zanjirida avtokatalitik davrlar mavjud bo'lishi kerak, ya'ni. reaksiya mahsuloti o'zining sintezini katalizlaydigan bosqichlar . Ammo aynan avtokatalitik jarayonlar, biz "Hayotning kelib chiqishi" bo'limidan eslaganimizdek, hayot kabi jarayonning asosini tashkil qiladi. Shunday qilib, hayotni avtokataliz asosida sodir bo'ladigan muvozanatsiz sharoitlarda kimyoviy o'zini o'zi tashkil qilish jarayonlari seriyasida alohida holat sifatida ko'rish mumkin. [10,11]
Xulosa

Hozirgi vaqtda dissipativ tuzilmalarni ko'rib chiqish tushunchasi va usullari nafaqat tabiiy, balki ijtimoiy fanlar sohasiga ham kirib keldi, sinergetik usullar gumanitar fanlarda - iqtisodiyot, sotsiologiya, psixologiya, tilshunoslik va boshqalarda qo'llanila boshladi. Aniq sotsiologik misol - Xaken tomonidan turli davlatlar o'rtasidagi keskin o'tishni o'z ichiga olgan jamoatchilik fikrini shakllantirishning stoxastik modelini ishlab chiqish. San'atni sinergetik tushunishga urinishlar mavjud. Sinergetik paradigma, ayniqsa, ijtimoiy o'zgarishlarning zamonaviy bosqichi uchun eng xarakterli bo'lgan voqelikning jihatlariga e'tibor qaratilishi bilan qiziq: heterojenlik, beqarorlik, xilma-xillik, muvozanatsizlik, kirishdagi kichik signal o'zboshimchalik bilan kuchli reaktsiyaga olib kelishi mumkin bo'lgan chiziqli bo'lmagan munosabatlar. chiqishda va vaqtinchalik - vaqt o'tishiga nisbatan sezgirlikni oshiradi. Muvozanatsiz termodinamika sohasida ishlab chiqilgan yangi g'oyalar an'anaviy ravishda "oddiy" deb hisoblangan fanlar bilan murakkab deb hisoblangan biologiya va sotsiologiya kabi fanlar orasidagi farqni qisqartirdi.

Bibliografiya

1. Belintsev B.N. Dissipativ tuzilmalar va biologik shakllanish muammosi. M. 1983 yil.

. Vasilev V. A., Romanovskiy Yu. M., Yaxno V. G., Taqsimlangan kinetik tizimlardagi avtoto'lqinli jarayonlar, "UFN", 1979, 128-bet. 625;
. Zavarzin G.L. Biokimyoviy sikllar tizimining shakllanishi. Novosibirsk, 2003 yil.
. Kerner B.S., Osipov V.V., Muvozanatsiz tizimlarda stoxastik bir jinsli tuzilmalar, JETP, 1980, jild 79,
. Markov A. Hayotning kelib chiqishi. M. 2006 yil.
. Nikolis G., Prigojin A.I. Muvozanatsiz tizimlarda o'z-o'zini tashkil qilish .M. 1979 yil.
. Prigojin A.I. Menejmentning sotsiologik jihatlari. M. 1974 yil.
. Prigojin A.I. O'z-o'zini tashkil qilish tizimlari. M. 1964 yil.
. Sokolov B.S., Fedonkin M.A. Hayot evolyutsiyasining eng qadimgi bosqichlarini ko'rib chiqish. M. 1988 yil.
.Timofeev N.N. Hayotning o'zini o'zi tashkil etishi. M. 2007 yil.
Yarovoy V.V. A dan Z gacha evolyutsiya. 2-qism. M. _ 2005 yil.
. Turing AM, morfogenezning kimyoviy asoslari, "Phil. Trans. Roy. Soc., Ser. B", 1952, v. 237, b. 37. (D.S. Chernavskiy)
. Xlopov M. Yu. Kosmomikrofizika. - M.: Bilim, 1989 yil.