2. 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. 1. Система «адаптируется» к внешним 1.Для перехода из одной

условиям, изменяя свою структуру структуры к другой требуются

сильные возмущения или изме-

нения граничных условий.

2. Множественность стационарных 2. Одностационарное состояние

состояний.

3. Чувствительность к флук- 3.Нечувствительность к флук-

туациям (небольшие влияния приво- туациям.

дят к большим последствиям, внутр-

ренние флуктуации становятся боль-

шими).

4. Неравновесность- источник 4.Молекулы ведут себя не-

порядка (все части действуют согла- зависимо друг от друга.

сованно)и сложности

5. Фундаментальная неопре- 5. Поведение системы опре-

деленность поведения сис- деляют линейные зависимос-

т емы. ти.

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.