Диссипативные структуры - переход к порядку

на фото Илья Пригожин


Вряд ли кто-нибудь сделал больше для понимания процессов самопроизвольного возникновения порядка из хаоса, чем Илья Романович Пригожин. Он был по происхождению отца из царской России. Не пересказывая его биографию, скажу только, что он работал и жил в Бельгии (1942 – 196?) годах и в США, Остин, Техас в (196? - 2003) годах. Википедия не смогла установить точную дату переезда И. Пригожина в США. Имеются и расхождения в месте его смерти. Одни источники говорят, что он родился 25 января 1917 года, а умер 28 мая 2003 года в городе Брюсселе. Другие источники, называя те же даты рождения и смерти, но говорят, что он умер в Остине, Техас. Возможно, что так оно и было, но он похоронен в Брюсселе.

Илия Пригожин – лауреат Нобелевской премии 1977 года по химии “за работы по термодинамике необратимых процессов, и, прежде всего, за создание теории диссипативных структур”.
Чтобы понять сказанное, надо признаться, что классическая термодинамика является, фактически, термостатикой и рассматривает только процессы в состоянии равновесия. Реальная термодинамика всегда должна учитывать механические и другие формы движения (электрическую, магнитную и т.п.).
Она, т.е. термодинамика необратимых процессов (ТНП), учитывает сам переход из одного состояния системы в другое. В процессе этого перехода возникают так называемые диссипативные структуры. Слово “диссипативный” – означает процесс, “рассеивающий” энергию. А слово “структура” означает, что такое рассеяние сопровождается образованием “порядка” в одних частях системы, а в других, наоборот, хаос усиливается. Другими словами хаос в одних местах всегда сопровождается возникновение порядка в – других.

Хотя И. Пригожин получил Нобелевскую премию за ТНП, он, все последнее время, занимался проблемой времени.

Пригожин говорил так: “Отрицание времени было искусственным и для Эйнштейна, ученого, и для Борхе, поэта. Оно отвечало глубокой экзистенциальной потребности… Физика, для того чтобы она имела в глазах Эйнштейна какую-то ценность, должна была удовлетворять его потребности в избавлении от трагедии человеческого существования. Время и реальность нерасторжимо связаны между собой. Отрицание времени может быть актом отчаяния или казаться триумфом человеческой мысли, но это всегда отрицание реальности”.


Вернемся к диссипативным структурам, за которые бала получена Нобелевская премия. Время подождет, на то оно и время.
Давайте рассмотрим описанные Пригожиным и Стенгерс  “хаотические часы”. Представим себе миллион белых и такое же количество черных шариков, перемешанных случайным образом. Вся эта смесь прыгает в огромном ящике, в стенке которого имеется стеклянное окошко. Глядя в него наблюдатель в основном видеть серую массу, но время от времени (в зависимости от расположения шариков вблизи окошка в момент наблюдения) масса за стеклом будет казаться ему то черной, то белой.
Представьте себе теперь, что масса шариков за стеклом то белеет, то чернеет через равные промежутки времени  (как по часам).
Почему все белые и все черные шарики внезапно организуются так, что  уступают попеременно место у окошка шарикам другого цвета?
По всем правилам классической науки ничего подобного происходить не должно. Теперь откажемся от крупных шариков и обратимся к примеру с молекулами, участвующими в некоторых химических реакциях то мы обнаружим, что такого рода самоорганизация и упорядочение приводит к тому, что  процесс протекает не так, как учит классическая физика и статистическая физика Больцмана.
В состояниях,  далеких от равновесия, нередко происходят и другие спонтанные перераспределения материи во времени и в пространстве. Если мы перейдем от одномерного пространства к двухмерному или трехмерному, то число возможных типов диссипативных структур резко возрастет, а сами структуры станут необычайно разнообразными.

Все то, что мы привели в пример, играет на руку нашим опытам, в которых молекулы заменены микроскопическим капельками, ударяющими по различным поверхностям. Вот тут-то и возникают диссипативные структуры. Если поверхность имеет сродство к  микроскопическим капелькам, то они “прилипают” к поверхности. И механизм прилипания оказывается таким же, как и при соударениях молекул. Этот механизм соответствует модели Эли-Ридила. Другими словами капельки ведут себя так же, как молекулы. Причем, из хаоса возникает порядок в виде скопления мелких капелек, называемых кластерами. Мы называем этот процесс кластеризацией, а сам прибор – трансформатором размера капель.



Илья Пригожин, Изабелла Стенгерс. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. М. Прогресс. 1986. 498 С.