АННОТАЦИЯ

В статье предпринята попытка объединить учение Умова о потоках энергии и учение Пригожина о диссипативных структурах. Учение Умова является составной частью, более общего учения Пригожина. Именно потоки энергии Умова, возникающие согласно динамике в неравновесных термодинамических системах при определённых условиях, вопреки второму закону, не рассеиваются до равновесного состояния, а формируют стационарные пространственно-временные структуры с минимальным производством энтропии.

Ключевые слова: диссипативные структуры, вырождение результирующего импульса, кооперативные потоки, когерентность, стрела времени, эволюция, фрактальность.

Диссипативная структура – важнейшее и относящееся к числу наиболее общих и сложных, понятий макромира. Достаточно сказать, что под это понятие подпадают турбулентность и ячейки Бенара, электрические токи и лазеры, все виды биологических и технических (например, автомобиль и компьютер) структур, производственные структуры. Без этого понятия невозможно объяснить и описать изменчивость и эволюцию окружающего макромира.

В природе существуют два принципиально различных типа структур. Структуры первого типа формируются на основе сил связи. Назовём их силовыми или статическими (жёсткими) структурами. Типичными примерами таких структур являются кристаллы и молекулы, в том числе биологические макромолекулы. Для разрушения структур этого типа необходимо совершить работу против сил связи.

Структуры второго типа формируются на основе потоков энергии, локализованных потенциальными барьерами, которые создаются структурами первого типа. Структуры второго типа - это диссипативные структуры Пригожина. Для их разрушения необходимо превышение диссипации потоков энергии (диссипации кооперативной кинетической энергии) над производством кооперативной энергии. В связи с этим необходимо отметить один важный момент. Кинетическая энергия в многочастичной (термодинамической, диссипативной, статистической) системе существует в двух формах. В хаотической форме с результирующим импульсом системы равным нулю (). Эта форма кинетической энергии описывается методами статистической механики. Вторая форма кинетической энергии в многочастичной среде существует в форме потоков энергии Умова-Пойнтинга. В этом случае результирующий импульс системы отличен от нуля и определяется величиной потоков энергии. Вырождение результирующего импульса системы через нецентральное соударение приводит к диссипации потоков энергии Умова. Кооперативные потоки энергии описываются термодинамикой, гидродинамикой, учением Умова и в обобщённой форме динамикой эволюции.

Среди структур второго типа особой сложностью отличаются биологические структуры, в них на структурах первого типа записана информация (молекулы ДНК). Эти диссипативные структуры способны к воспроизводству, а через бифуркации и естественный отбор к сложной эволюции.

ЭФФЕКТ ВЫРОЖДЕНИЯ РЕЗУЛЬТИРУЮЩЕГО ИМПУЛЬСА И ЕГО РОЛЬ В ФОРМИРОВАНИИ ДИССИПАТИВНЫХ СТРУКТУР ПРИГОЖИНА

В феноменологической термодинамике существует множество (до двух десятков [34]) различных формулировок второго начала термодинамики. Однако при внимательном рассмотрении их можно разбить на две группы: одна группа относится к закону роста энтропии, другая к понятию компенсации за преобразование тепла в работу. Закон роста энтропии постулирует тот факт повседневно наблюдаемой практики, что все самопроизвольные процессы в термодинамических системах протекают с диссипацией, т.е. с переходом направленной энергии в хаотическую. И течение этих процессов заканчивается, в конце концов, установлением равновесного состояния, когда в системе отсутствуют градиенты параметров и кооперативные потоки энергии. Параметр энтропии в этом состоянии достигает максимума для данной системы. Понятие о компенсации за преобразование тепла в работу вытекает из учения Карно, согласно которому для получения механической работы (механической, направленной энергии) из тепла (из хаотической формы энергии) необходим перепад температур между источником тепла (горячим источником) и приёмником тепла (холодильником). Причём для возвращения рабочего тела в исходное состояние, т.е. для обеспечения цикличности работы, тепловая машина обязана передавать часть тепла холодильнику (холодному источнику). Последнее положение также утвердилось в форме постулата второго начала как необходимость компенсации за преобразование тепла в работу. В наиболее непререкаемой форме этот постулат сформулирован как “принцип исключённого вечного двигателя второго рода”.

формате PDF (481Кб)