ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Процессы, далекие от равновесия из "Биофизика" Живые системы характеризуются высокой упорядоченностью структуры и поведения в пространстве и времени. Мы уже отмечали кажущееся противоречие между возрастанием сложности системы в ходе ее биологического развития и вторым началом термодинамики (с. 12). Противоречие это легко снимается живая система есть открытая система, энтропия которой может и возрастать, и убывать. Принято говорить об аптиэнтропийности жизни. Однако эти слова никак не объясняют особенности пространственно-временного порядка открытой системы, смысл понятия антиэнтропийиость остается неясным. [c.326] Как мы увидим дальше, динамический порядок, возникновение динамических структур и их упорядоченное поведение во времени возможны лишь вдали от равновесия. Линейная неравновесная термодинамика, кратко изложенная в этой главе, справедлива лишь вблизи равновесия. Ее основные положения выражаются соотношениями (9.51) и (9.80). Первое описывает сопряжение различных кинетических процессов вследствие отличия недиагональных коэффициентов Ьц 1 ]) от нуля, второе есть математическое выражение теоремы Пригожина о минимуме производства энтропии в стационарном состоянии. Несомненно, что в биологической открыто11 системе реализуются сопряженные процессы. Поэтому общая феноменологическая теория Онзагера — Пригожина позволяет объяснить важные биологические явления. Вопрос о применимости теоремы Пригожина к биологическим системам более сложен. Как мы видели, продукция энтропии а минимальна лишь в тех стационарных состояниях биологических систем, которые близки к равновесию. Эти системы описываются линейными соотношениями (9.51). Но в физике линейная зависимость реакций системы от воздействия, вызвавшего эту реакцию, есть всегда лишь первое приближение, справедливое для малых воздействий. В нашем случае малость означает малое удаление от равновесия. Для рассмотрения биологических систем и их динамической упорядоченности необходимо выйти за пределы линейной термодинамики. [c.327] Рассмотрим системы, удаленные от равновесия. Встречаются ситуации трех типов. Во-первых, предположение о локальном равновесии может быть недействительным, т. е. соотношения Онзагера Ьц = Ь,, не выполняются. Во-вторых, локальное равновесие может сохраняться, но свойства системы непрерывно изменяются по мере отклонения от равновесия. В этом случае система сохраняет ряд свойств линейных систем, в частности, остается справедливой теорема о минимуме продукции энтропии в стационарном состоянии. И, наконец, в третьем случае возникает динамический порядок, новые типы организации вещества в пространстве и времени, присущие только открытым, далеким от равновесия системам, именуемым диссипативными системами. [c.327] Очевидно, что возникновение динамического порядка определяется неустойчивостями равновесных и стационарных состояний системы. Рассмотрим соответствующие критерии устойчивости. [c.327] ЧТО совпадает с (9.119), так как X 0. [c.329] Условие устойчивости соблюдается. [c.329] Эффект непосредственно связан с нелинейностью уравнений гидродинамики. Сходным образом нелинейные, ав-токаталитическпе химические процессы приводят в области, расположенной за термодинамическим порогом, к возникновению пространственно-временных диссипативных структур (гл. 16). Порядок в равновесной системе возникает в соответствии с условием минимума свободной энергии, в диссипативной системе — вследствие возрастания флуктуаций до макроскопического уровня. [c.331] Область физики, изучающая диссипативные системы и их самоорганизацию, именуется синергетикой. В зтой области мы выходим за пределы термодинамики и вынуждены обратиться к конкретным кинетическим моделям (гл. 15—17). Как мы увидим, эти модели оказываются эффективными и прн изучении биологического развития — филогенеза и онтогенеза (гл. 17). [c.331] Обращение к диссипативным системам непосредственно связано с расширением теории информации. Оказывается необходимым исследовать не только количество информации, ее передачу и перекодировку, но и рецепцию информации, возможную лишь вне равновесия, при наличии неустойчивости. [c.331] Вернуться к основной статье