Необратимость и самоорганизация структур

Необратимость и самоорганизация структур [c.19]

Сложная пространственная конфигурация устойчивых полос скольжения представляет собой своего рода "реликт" сильно неравновесного процесса пластической деформации, вызывающего необратимые изменения структуры и свойств материала (эффект циклического упрочнения/ разупрочнения). В целом процесс образования УПС при циклическом нагружении представляется в виде некоторого звена ("острова самоорганизации") общего эволюционного процесса, приводящего в конечном итоге к необратимым изменениям (деградации) структуры материала. [c.62]

Все эти неравновесные ситуации имеют один общий аспект — появление дальней когерентности. Между макроскопически различными частями возникает корреляция. Этим неравновесные ситуации отличаются от равновесных, в которых радиус действия корреляций ограничен короткодействующими меж-молекулярными силами. В результате ситуации, которые не могут быть реализованы в равновесном состоянии, становятся возможными в сильно неравновесных системах. Это приводит к важным применениям в материаловедении и технике. Оказалось, что в неравновесных ситуациях можно получать новые материалы, избегая ограничений, налагаемых правилом фаз. Неравновесные структуры встречаются также на всех уровнях в биологии. Некоторые примеры мы приведем в гл. 19 и 20. В настоящее время общепризнано, что биологическая эволюция представляет собой комбинированный результат дарвиновского естественного отбора и самоорганизации, возникающей вследствие необратимых процессов. [c.8]

Деформируемое твердое тело является самоорганизующейся системой, в процессе эволюции которой происходит (так же как и в других синергетических системах) самоорганизация диссипативных структур со спонтанной их перестройкой вблизи точек бифуркаций. Эти перестройки можно рассматривать как последовательность кинетических переходов, при которой случайность, неравновесность и необратимость являются источниками порядка в системе. [c.30]

Важным свойством биополимеров, связанным с их самоорганизацией, является воспроизведение систем (самообновление молекул в живой клетке). Новые представления о самоорганизации и ее связи с эволюцией возникли под воздействием синергетики. И.Пригожин [15], развивший теорию необратимых процессов, показал универсальность процесса самоорганизации. Это позволило ответить на вопросы возникновения порядка из хаоса, единства вероятностных и казуальных событий, зависимости структуры от предыстории и др. [c.110]

В условиях равновесия параметры системы распределены равномерно и термодинамические силы и потоки энергии и вещества исчезают. Это возможно только в условиях отсутствия трения. При трении внешние воздействия не позволяют системе достигнуть равновесия. Поэтому с помощью равновесной термодинамики трудно описать процессы при трении. Ниже рассмотрены вторичные структуры с привлечением термодинамики необратимых процессов и синергетики (науки о самоорганизации). [c.332]

Главная наша задача заключается в описании неравновесных процессов, будь то квантовых или классических. В этих процессах мы будем различать две линии поведения приближение к равновесию за счет диссипации с возрастанием соответствующей энтропии, и обратный процесс развития, или самоорганизации, с уменьшением энтропии за счет роста энтропии окружения. Естественно сначала рассмотреть первый из этих необратимых процессов, т.е. приближение к равновесию. Оказывается, что приближение к равновесию имеет характер монотонного разрушения порядка или неуклонного рассасывания начальных флуктуаций только при малом отклонении от равновесия. В сильно неравновесных системах, как правило, развиваются более сложные нелинейные процессы, в которых по ряду степеней свободы происходит не разрушение, а усложнение структур. Естественно, что начать нужно с самого простого случая малого отклонения от равновесия. Кроме того, естественно стартовать, отправляясь от самой простой физической системы. [c.163]

В современном контексте формулировка, схематически представленная на рис. 3.7, играет основополагающую роль в понимании термодинамических аспектов самоорганизации и эволюции, которые мы наблюдаем в Природе. Если система изолирована, то de5 = 0. В этом случае энтропия системы продолжает возрастать вследствие необратимых процессов и достигает максимально возможного значения в состоянии термодинамического равновесия, В состоянии равновесия все необратимые процессы прекращаются. Когда система начинает обмениваться энтропией с внешней средой, она в общем случае выходит из состояния равновесия, и энтропия, порождающая необратимые процессы, начинает действовать. Обмен энтропией с внешней средой обусловлен обменом теплотой и веществом. Энтропия, вытекающая из системы, всегда больше, чем энтропия, поступающая в систему разность возникает из-за энтропии, производимой необратимыми процессами внутри системы. Как показано в последующих главах, системь , обменивающиеся энтропией с внешней средой, не просто увеличивают энтропию внешней среды, но могут претерпевать весьма сильные спонтанные преобразования, переходя в режим самоорганизации . Такие организованные состояния создаются производящими энтропию необратимыми процессами. Самоорганизующиеся состояния охватывают широкий круг явлений от конвективных структур в жидкостях до биологических явлений. Необратимые процессы служат той движущей силой, которая создает порядок. [c.108]

Когда система далека от термодинамического равновесия, для ее характеристики нельзя использовать принцип экстремумов и необратимые процессы не всегда обеспечивают устойчивость системы. Неустойчивость, возникающая в системе, далекой от равновесного состояния, вынуждает ее переходить в состояния с высоким уровнем организации примерами таких состояний могут служить системы с колебательными реакциями или спонтанным образованием пространственных структур. В гл. 18 и 19 рассмотрена неустойчивость сильно неравновесных систем н последующая их самоорганизация . [c.138]

В результате возникли такие понятия как диссипативные структуры и самоорганизация, ставшие привычными и широко используемыми в различных науках. Введение необратимости в ранг фундаментального описания эволюции сложных систем создало базу для развития общего подхода к установлению закономерностей эволюции макро и микро /нано/ мира. Главными барьерами на пути описания поведения систем макро и микромира являются ограничения классической и квантовой механики. В квантовой теории микромира важнейшим является принцип неопределенности ГЕЙЗЕНБЕРГА, в соответствии с которым нельзя с определенной точностью измерить одновременно положение и импульс объекта при этом принцип не запрещает точно измерить только или положение частицы или только импульс. Квантовая механика позволила решить многие проблемы ядерной физики, в том числе создать ядерное оружие и ядерное топливо. Однако, несмотря на огромные успехи квантовой теории, она до сих пор подвергается резкой критике со стороны выдающихся физиков XX столетия. Так, нобелевский лауреат Ричард Фейнман в 1987 г. написал [24] ...мне кажется и я смело могу сказать, что квантовой механики никто не понимает...никто не знает, как это может быть Другой нобелевский лауреат Абдус Салам, еше [c.65]

Еще в начале 20 века было установлено, что классическая мехарика Ньютона, развитая для макромира, описывет движение тел по вполне определенной траектории. Квантовая механика связана с поведением квантового физического поля, определяемого существованием универсальной постоянной Планка. Она названа квантом действия. Возникновение противоречия между классической и квантовой механикой были сняты И. Пригожиным [5] (см. раздел 2.3.). В соответствии с теорией необратимых процессов И. Пригожина, эволюция любой динамической системы включает переход устойчивость - неустойчивость - устойчивость . Если такие переходы отсутствуют, то система погибает , так как не способна к своему развитию [5]. Точки перехода являются критическими (точками бифуркаций), при достижении которых возникает высокая чувствительность системы флуктуациям в связи с нарушением ее симметрии. Это определяет неравновесный фазовый переход, в процессе которого происходит самоорганизация новой структуры, более адаптивной к нарушениям симметрии [5]. Как было показано в 1 главе, отношение критических управляющих параметров для предыдущей точки бифуркаций () к последующей (Xn+i ) является мерой адаптивности системы к нарушению симметрии, связанной с функцией F еамоподбного перехода от предыдущей к последующей точке бифуркаций [c.85]

Теория И. Пригожина необратимых процессов, рассматривающая самоорганизацию диссипативных структур в открытых системах на основе теоремы о минимуме производства энтропии. И. Пригожин представлял эволюцию открытых систем в виде бифуркационных диаграмм, отражающих переходы устойчивость-неустойчивость-устойчи-вость , обусловленные нарушением устойчивости симметрии системы, что позволяет представить эволюцию системы при изменяющихся внешних условиях в виде последовательности бифуркаций взаимосвязанных между собой информационным полем, т.к. в открытых системах энтропия выступает в роли как управления, так и информации. [c.198]

Термодинамика необратимых процессов явилась основой эволюционных феноменологических теорий и продолжила путь к созданию синергетики и теории нелинейных динамических систем. Трудно выделить другой раздел теоретической физики, где бы темпы развития имели столь стремительный характер. Вместе с тем, осознание и закрепление учебного материала надежно реализуется лишь при решении конкретных задач и проблем. В этой связи издательство Удмуртский Университет предприняло повторное издание книги Термодинамика необратимых процессов в задачах и решениях как одной из немногих книг с подобной ориентацией содержания. Со времени первого издания книги издательством Наука , главнвя редакция физико-математической литературы, Москва, 1979 год прошло двадцать лет. Книга была оценена научной общественностью, а тираж ее быстро разошелся в читательской среде. Назрела потребность нового издания. Первоначально планировалось существенно дополнить материал книги в разделе Нелинейная термодинамика новейшими исследованиями из области диссипативных структур, самоорганизации и хаотической динамики, но в процессе работы мы отказались от этого замысла, поскольку это будет новая книга с ориентацией на компьютерные технологии. Поэтому второе издание практически повторяет первое издание книги, устранены лишь замеченные опечатки и неточности текста. [c.6]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...