Введение
Классическая термодинамика предсказывает дезорганизацию и разрушение изначально существующей структуры в замкнутой системе при переходе с течением времени к равновесию.
Совместимость второго начала термодинамики со способностью к самоорганизации — одно из крупнейших достижений современной термодинамики. Жизнь теперь не выглядит как гигантская флуктуация, развитие которой идет по пути разрушения изначально заданной структуры.
1. Из чего состоит синергетика
За последние тридцать лет физика сумела понять, что упорядоченность образуется в открытых системах находящихся в неравновесном состоянии.
Открытая система — это система обменивающаяся веществом и энергией с окружающей средой.
Теория выявила свойства открытых систем, находящихся вдали от равновесного состояния:
Они оказываются неустойчивыми и возврат к начальному состоянию является необязательным. В некоторой точке, называемой бифуркацией (разветвлением), поведение системы становится неоднозначным.
При наличии неустойчивости изменяется роль внешних воздействий. В определенных условиях ничтожно малое воздействие на открытую систему может привести к значительным непредсказуемым последствиям (раскрытие неустойчивости).
В открытых системах, далеких от равновесия, возникают эффекты согласования, когда элементы системы коррелируют свое поведение на макроскопических расстояниях через макроскопические интервалы времени. Такое кооперативное, согласованное поведение характерно для систем различных типов: молекул, клеток, нейронов, отдельных особей и т.д.
В результате согласованного взаимодействии происходят процессы упорядочения, возникновения из хаоса определенных структур, их преобразования и усложнения. Чем больше отклонение от равновесия, тем больший охват корреляциями и взаимосвязями, тем выше согласованность процессов, даже протекающих в отдаленных областях и, казалось бы, не связанных друг с другом. Сами процессы характеризует нелинейность, наличие обратных связей и связанные с этим возможности управляющего воздействия на систему.
Теория состояний, далеких от равновесия, возникла в результате синтеза трех направлений исследований:
1. Разработка методов описания существенно неравновесных процессов на основе статистической физики. В рамках этого направления создаются кинетические модели, определяются параметры, необходимые для описания, выявляются корреляции, крупномасштабные флуктуации, устанавливаются закономерности перехода в состояние равновесия.
2. Разработка термодинамики открытых систем, изучение стационарных состояний, сохраняющих устойчивость в определенном диапазоне внешних условий, поиск условий самоорганизации, т. е. возникновения упорядоченных структур из неупорядоченных.
...................................