ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ из "Термодинамика, статическая физика и кинетика Изд.2 " В этом заключительном параграфе мы рассмотрим состояния макроскопической системы, далекие от термодинамического равновесия. [c.580] Мы сталкиваемся здесь с задачами значительно более сложными, чем в линейной неравновесной термодинамике, и в то же время эта область явлений представляется крайне интересной в связи с важными приложениями в области гидродинамических, химических и особенно биологических явлений. Последнее связано с тем, что любой живой организм представляет собой пример открытой термодинамической системы, находящейся в крайне неравновесном состоянии — на границе клетки (не говоря уже о живом организме в целом) существуют боль-щие градиенты концентраций химических компонентов, температур, давлений, полей и т. д. В настоящее время термодинамика сильно неравновесных состояний представляет собой быстро развивающуюся область физики. Тем не менее, сделать в этом направлении предстоит еще немало, прежде чем можно будет говорить о более или менее стройном и законченном разделе термодинамики. [c.581] Основной идейный результат, полученный в очерченных выще исследованиях, сводится к следующему. По мере удаления от равновесного состояния термодинамическая система теряет устойчивость, и малые флуктуации могут привести к новым пространственным и временным структурам, невозможным вблизи от состояния равновесия. Простейщими примерами из гидродинамики являются ячеистая структура конвекционных потоков в неравномерно нагретой жидкости, возникновение турбулентности и т. д. Во всех этих случаях мы сталкиваемся с упорядоченным движением больщих групп молекул, которое имело ничтожно малую вероятность в слабо неравновесной области и становится основным состоянием в области, далекой от равновесия. [c.583] Еще более интересны и полны глубокой значимости результаты, получаемые при исследованиях химических реакций. В области, далекой от равновесия, оказывается возможным спонтанное возникновение упорядоченных структур с неоднородным, квазипериодическим распределением компонентов смеси в пространстве. Возможно также упорядочение процессов реакций во времени с возникновением периодических или квазипериодических режимов. И те, и другие случаи упорядочения обнаружены для различных реакций и в экспериментах. [c.583] Установление возможности возникновения упорядоченных в пространстве и времени структур в областях, далеких от термодинамического равновесия, имеет фундаментальное значение. [c.584] Возникшие в XIX в. две величайшие теории — термодинамика равновесных и слабо неравновесных систем и теория эволюции Дарвина — долгое время считались идейно противоречашими друг другу. Второе начало термодинамики, утверждающее, что энтропия изолированной системы может только возрастать при неравновесных процессах или оставаться постоянной в равновесии, соответствует тенденции к хаотизации, что позволяет назвать равновесную термодинамику теорией разрушения структур . С другой стороны, теория эволюции утверждает, что в живой природе происходит самоорганизация вещества, возникновение все более сложных и самовоспроизводящихся структур. В связи с этим возникали спекулятивные теории , согласно которым законы термодинамики, и в частности, второе начало, неприменимы к живой материи. Ясно, что закон возрастания энтропии, относящийся к замкнутым системам, не имеет отношения к живым организмам, обменивающимся с окружающей средой энергией и веществом. [c.584] Однако только в связи с последними успехами неравновесной термодинамики было показано, что в состояниях открытых систем, далеких от равновесия, с необходимостью протекают процессы с самоорганизацией и образованием упорядоченных в пространстве структур, повторяющих себя во времени. Имеются указания (см. работу [51]) на то, что в еще более сложных системах возможно возникновение записи информации с помощью некоторого кода, который в дальнейшем, после его возникновения, управляет самовоспроизведением этих структур. [c.584] Отсюда ясно, что развитие неравновесной термодинамики имеет первостепенное значение для решения проблемы возникновения жизни. [c.584] Вернуться к основной статье