Знание-сила, 2008 № 09 (975) | страница 76
Для того чтобы происходило последовательное нарастание упорядочения, должно существовать устойчивое стремление к упорядочению, такое же, каким является стремление к разупорядочению, обусловленное вторым законом термодинамики. Стремление возникает, если существует так называемый аттрактор. Существование аттрактора проявляется в том, что если система выведена из некого устойчивого состояния, то аттрактор стремится вернуть ее в прежнее состояние. В химической системе аттрактором является достижение равновесия, которое характеризуется минимумом свободной энергии для этой системы и максимумом энтропии. Если в равновесную химическую систему добавить один из реагентов и тем вывести ее из равновесия, то система вновь вернется в это состояние. При условии, правда, что система будет не слишком далеко выведена из равновесия — не настолько, чтобы произошли необратимые изменения, — например, выпал осадок и т.п. Иначе говоря, изменения должны осуществляться в линейной области взаимодействий. Точно так же, если растянуть пружину, к которой прикрепили груз, то пружина вернет его в прежнее устойчивое состояние, если только растяжение не превысит порог деформации и пружина не будет разорвана.
Возможен ли аттрактор у явления упорядочения?
Процесс разупорядочения делает возможным процесс упорядочения
Возьмем процесс, похожий на равновесие, но отнюдь не равновесный — это стационарный процесс.
В стационарном процессе, так же, как и в равновесном, концентрации реагентов и продуктов остаются неизменными, но происходит это по другой причине. В стационарную систему реагенты постоянно подаются извне, по мере того, как они расходуются на образование продуктов, а продукты с той же скоростью непрерывно удаляются вовне. В результате концентрации реагентов и продуктов в стационарной системе остаются неизменными.
В отличие от равновесной системы, где свободная энергия достигает минимума, в аналогичной по составу стационарной системе энергия поддерживается на некотором уровне выше минимума, характерного для этой системы. Это значит, что поддержание стационарного состояния требует непрерывного расхода энергии и, следовательно, существования источника такой энергии.
Стационарная система находится в непрерывном вещественном обмене со средой, т.е. стационарная система — всегда открытая система.
Наиболее интересное свойство стационарных систем состоит в том, что это состояние характеризуется минимумом производства энтропии. Эту теорему в свое время доказал И. Пригожин. При этом состояние минимума производства энтропии оказывается аттрактором. Иначе говоря, если систему вывести из стационарного состояния, то она будет стремиться вернуться к нему.
