Неравновесные системы
В химии были также открыты колебательные реакции, получившие название «химических часов». «Ведь, что, в самом деле, происходит? Основа колебательной реакции — наличие двух типов молекул, способных превращаться друг в друга. Назовем один из них А (красные молекулы), другой — В (синие). Мы привыкли думать, что химическая реакция — это хаотические, происходящие наобум столкновения частиц. По этой логике взаимные превращения А и В должны приводить к усредненному цвету раствора со случайными вспышками красного и синего. Но когда условия далеки от равновесных, происходит совершенно иное: раствор в целом становится красным, потом синим, потом снова красным. Получается, будто молекулы как бы устанавливают связь между собой на больших, макроскопических расстояниях через большие, макроскопические отрезки времени. Появляется нечто похожее на сигнал, по которому все А или все В реагируют разом... Такое поведение традиционно приписывалось только живому — теперь же ясно, что оно возможно и у систем сравнительно простых, неживых» (Там же. - С. 313-314).
Отличия неравновесной структуры от равновесной заключается в следующем:
1. Система реагирует на внешние условия (гравитационное поле и т. п.).
2. Поведение случайно и не зависит от начальных условий, но зависит от предыстории,
3. Приток энергии создает в системе порядок, и стало быть энтропия ее уменьшается.
4. Наличие бифуркации — переломной точки в развитии системы.
5. Когерентность: система ведет себя как единое целое и как если бы она была вместилищем дальнодействующих сил (такая гипотеза присутствует в физике). Несмотря на то, что силы молекулярного взаимодействия являются короткодействующими (действуют на расстояниях порядка 10-8 см), система структурируется так, как если бы каждая молекула была «информирована» о состоянии системы в целом.
Различают также области равновесности и неравновесности, в которых может пребывать система. Ее поведение при этом существенно меняется, что можно представить в таблице:
| Неравновесная область | Равновесная область |
| 1. Система «адаптируется» к внешним условиям, изменяя свою структуру. | 1 . Для перехода из одной структуры, к другой требуются сильные возмущения или изменения граничных условий. |
| 2. Множественность стационарных состояний. | 2. Одно стационарное состояние. |
| 3. Чувствительность к флуктуациям (небольшие влияния приводят к большим последствиям, внутренние флуктуации становятся большими). | 3. Нечувствительность к флуктуациям. |
| 4 . Неравновесностъ — источник порядка (все части действуют согласованно) и сложности. | 4. Молекулы ведут себя независимо друг от друга. |
| 5. Фундаментальная неопределенность поведения системы. | 5. Поведение системы, определяют линейные зависимости. |
Будучи предоставлена самой себе, при отсутствии доступа энергии извне, система стремится к состоянию равновесия — наиболее вероятному состоянию, достигаемому при энтропии, равной нулю. Пример равновесной структуры — кристалл.
К такому равновесному состоянию в соответствии со вторым началом термодинамики приходят все закрытые системы, т. е. системы, не получающие энергии извне. Противоположные по типу системы носят название открытых.
Изучение неравновесных состояний позволяет прийти к общим выводам относительно эволюции в неживой природе от хаоса к порядку.
Дата добавления: 2014-12-09; просмотров: 1323;