На главную
Вопрос 50. Термодинамика необратимых процессов И. Пригожина и ее основные понятия.

Около сорока лет назад И. Пригожин пришел к убеждению, что такое явление как флуктуация (спонтанное отклонение от некот. среднего макроскопического поведе-ния системы) не случайно и имеет свой смысл в физич. мире. А смысл этот таков. Новая структура или организация всегда явл. рез-том неустойчивости, кот., в свою очередь, возникает вследствие флуктуации.
По мнению Пригожина, самоорганизация возм. в открытых системах, находящихся в состояниях, далеких от равновесия, и, следовательно, неустойчивых. Именно неустойчивость (нестабильность) явл. источником порядка и самоорганизации, обусловливая постоянное стремление системы к самообновлению.
К такого типа хим. р-иям, в ходе кот. обнаруживается явление самообновления и самоорганизации, относится р-ия Белоусова-Жаботинского.
Пригожин объясняет поведение р-ии Белоусова-Жаботинского (и др. самооргани-зующихся процессов) следующим образом. При критич. значениях управляющих пар-тров система “теряет свой иммунитет к возмущениям”, становится крайне неустой-чивой, и если эти возмущения (напр., автокатализ) оказыв. достаточно сильными, то система достигает точки бифуркации (bifurcus – разветвление), в кот. отклик системы на возмущение становится неоднозначным, возврат к начальным условиям не обязательным. В точке бифуркации система имеет возможность перейти из неустойчивого в одно из нескольких дискретных устойчивых состояний с более высокой степенью организованности, упорядоченности, кот. Пригожин назвал диссипативной (т.е. образованной за счет диссипации, рас-сеяния энергии) структурой. Физич. или хим. структуры получили название дис-сипативных потому, что для их поддержания требуется больше энергии, чем для поддержания более простых структур, на смену кот. они приходят.
Т. о., точка бифуркации обозначает еще и границу, за кот. невозможно ожидать однозначного поведения системы.
Посредством понятия бифуркации Пригожин, по его собственному выражению, ввел в физику и химию время и историю. Он считал пересмотр концепции времени в науке важнейшим следствием нового научного подхода, в основу кот. положено понятие необратимости. Время, по его мнению, выступает смысловым центром всей парадигмы самоорганизации. Точкой отсчета для Пригожина явл. убеждение в том, что теор. описание, в кот. прошлое и будущее играют одинаковую роль (динамич. описание) применимо не ко всем явлениям. В необрат. процессах, прототипами кот., в первую очередь, явл. хим. р-ии, симметрия м-у прошлым и будущим нарушается – здесь господствует эволюция. Общность эволюц. парадигмы достаточно велика.
Термодинамику необратимых процессов можно квалифицировать как начало нового уровня научного познания природы. Для химии он означает открытие путей в область самоорганизующихся систем, док-во принципиальной возможности самоорганиза-ции как условия хим. эволюции.
В термодинамике необр. процессов И. Пригожина теор. эквивалентом временной целостности выступает понятие диссипатив-ной структуры, кот. так же, как понятие кинетич. континуума, отражает взаимосвязь м-у устойчивостью и неустойчивостью. Условием неустойчивости, по Пригожину, явл. те стадии процесса, кот. содержат автокаталитич. петли. Автокаталитические р-ии наглядно демонстрируют циклическое временное поведение хим. системы, когда будущее (образовавшийся продукт) стан. прошлым (включается в исх. реакцию) и наоборот (участвует в синтезе самого себя).
Особенностью такого рода диссипатив-ных структур явл. то, что после достижения некот. критич. состояния (точки бифуркации) система становится неустойчивой и выходит на предельный цикл, т.е. все молекулы одновременно, через правильные промеж. времени изменяют свое хим. качество. Это происх. благодаря согласованности множества процессов. Самоорганизация возможна только при усл., что система будет вести себя как единое целое.
В пригожинском варианте теории самоорганизации имеется теор. аналог и такого концепта временной целостности как детерминация будущим. Эту роль выполняет понятие аттрактора; под ним подразумевается некое конечное сост., к кот. “притягивается” траектория системы с теч. времени. Тип аттрактора определяется типом самой системы. Для закрытой сист. аттрактором явл. сост. т/д равновесия. В общем случае аттрактором м. б. даже пов-ть или объем. В посл. время были открыты более сложные аттракторы (т.н. “странные аттракторы”), соотв. множеству точек.
Понятие аттрактора меняет устойчивое представление о взаимосвязи прошлого, настоящего и будущего, кот. тесно связано с понятием “одного и того же”: одна и та же система при одинаковых условиях всегда приходит к одному и тому же рез-ту. Наличие аттрактора предполагает более сложное временное поведение, такое, что и при одинаковых начальных усл. система может пойти по различным путям эволюции. Будущее настойчиво вторгается в область настоящего, корректируя влияние прошлого. Одновременное действие разл. Детермини-рующих временных факторов реализуется в виде целостной временной структуры.
Процессы самоорганизации в неравно-весной термодинамике и теории эволюцион-ного катализа описываются нестационар-ными кинетическими моделями, представл., как правило, системы нелинейных диф. уравнений. Основные особенности нелиней-ного времени отражены в понятиях “устой-чивость”, “неустойчивость”, “цикл”, “бифурка-ция”, “аттрактор” и др., раскрывающих физич. смысл некот. принципиальных моментов нелинейного мат. описания.
Т. о., эволюционные теории А.П. Руденко и И. Пригожина обнаруживают заметные совпадения временных категориальных структур и вместе с тем дальнейшее концептуальное обогащение понятия времени, “работающего” в хим. теориях. Время в химии имеет свою историю, начало кот. было положено формальной кинетикой. Но в отличие от формальной кинетики, где время есть лишь параметр, простой геом. масштаб, накладываемый на протекающие процессы, в эволюц. теориях время становится оператором, но не отдельного хим. процесса, угасающего в собств. Прод-те, а целостной системы сопряж. процессов, эволюционир. в направл. возникн. жизни.