Законы термодинамики. Термодинамические потенциалы. Термодинамика линейных процессов

диссипативными структурами. В диссипативной системе возникает динамическая упорядоченность, когерентное поведение ансамбля при переходе через значения параметров, отвечающие неустойчивостям. Возникновение динамического порядка является результатом возрастания флуктуаций до макроскопического уровня. Имеется далеко идущая и весьма поучительная аналогия между этими процессами и фазовыми переходами, к которым относится образование новой биологической структуры. Образование нового вида в процессе филогенеза тоже представляет собой особый род фазовых переходов.
Существуют пространственные, временные и пространственно-временные диссипативные структуры. Простейшим примером пространственных диссипативных структур являются ячейки Бенара, обнаруженные им еще в 1900 г. Если горизонтальный слой жидкости сильно подогреть снизу, то между нижней и верхней поверхностями возникает разность температур. При разности температур выше критической в жид­кости начинается конвекция: холодная жидкость опускается вниз, а нагретая поднимается вверх. Распределение этих двух противоположно направленных потоков оказывается самоорганизованным, в результате чего возникает система правильных шестиугольных ячеек. По краям каждой такой ячейки жидкость опускается вниз, а в центре - поднимается вверх.
При переходе от докритического к сверхкритическому режиму спонтанно меняется симметрия системы, что аналогично термодинамическим фазовым переходам. Поэтому переходы в неравновесных системах называют кинетическими фазовыми переходами. В настоящее время известно много примеров образования более упорядоченных состояний в результате неравновесного фазового перехода. Это - стоячие страты, или светящиеся полосы, видимые в газовом разряде; химические реакции Белоусова-Жаботинского; процессы установления режима генерации в классических и квантовых генераторах. К числу пространственных диссипативных структур принадлежат также кольца Сатурна. Образование этой структуры (более 90 колец, различаемых современной аппаратурой) обусловлено неравновесностью вращающегося вокруг планеты веществ - притяжением их к Сатурну и взаимодействием отдельных частиц вещества между собой. В целом, диссипативные структуры определяются как организованные во времени или в пространстве, или как во времени, так и в пространстве состояния, которые могут вернуться к термодинамическому равновесию только скачками, то есть в результате неравновесного фазового перехода.
Процесс самоорганизации материи в результате такого перехода имеет прямое отношение к происхождению жизни и эволюции ее форм.
В свете положений синергетики не только случайность выступает дополнением необходимости, но и необходимость - дополнением слу­чайности в том смысле, что однозначное направление эволюции системы, когда пройдена точка бифуркации (т.е. осуществлен "выбор" направления) до следующей бифуркации, является результатом, итогом корреляции, накопления и взаимного усиления флуктуаций. Вблизи бифуркации основную роль играют флуктуации или случайные элементы, тогда как в интервалах между бифуркациями доминируют детерминистские аспекты. Неустойчивость однородного - творец организации. Термодинамика неравновесных процессов предсказывает, что при небольших отклонениях от состояния термодинамического равновесия система устойчива, однако вдали от равновесия возможна потеря устойчивости. При этом свойства системы могут измениться скачками и возможен переход в более упорядоченное, качественно иное состояние с образованием новых структур.