Определение

Система находится в равновесии, если все внешние потоки уравновешены внутренними. Равновесная система не может совершать внешней работы и не эволюционирует во времени.

Неравновесные системы обладают свойством эволюционировать во времени, то есть с течением времени могут совершать внешнюю работу. В этом случае внешние потоки не уравновешены внутренними.

Равновесная система является устойчивой в том смысле, что ее сущность определяется условиями:

E = const; N = 0; B = min; A = max; система замкнутая.

Сущность неравновесных систем определяется условиями:

E ¹const; N ¹0; B ¹min; A ¹max; система открытая.

Удаленность от равновесия измеряется величиной В>=0 [L⁵T^-4].

Поскольку эволюционируют во времени только неравновесные системы рассмотрим возможные типы их изменения и соответствующие им механизмы.

В соответствии с определением неравновесных систем логически возможны следующие типы изменений свободной и связной энергии:

Тип 1. Имеет место уменьшение свободной энергии и рост связной:

<0, >0 при < , (N < G);

то есть поступления в систему меньше потерь.

Тип 2. Имеет место увеличение свободной энергии и уменьшение связной:

>0, <0 при > , (N>G);

то есть поступления больше потерь.

Тип 3. Имеет место отсутствие изменений свободной и связной энергии:

=0, =0 при = , (N = G).

Первому типу соответствуют системы с доминированием процессов рассеяния свободной энергии и приближения к равновесию. Будем их называть диссипативными.

Второму - системы с доминированием процессов накопления свободной энергии и удаления от равновесия. Их будем называть антидиссипативными.

Третий тип может быть охарактеризован как ситуация неустойчивого равновесия внешних и внутренних потоков. Этот тип назовем переходным.

Специально отметим, что никаких других типов изменений из определения неравновесных систем не следует. Все другие процессы являются той или иной комбинацией названных. Другими словами диссипативные и антидиссипативные процессы и переходы между ними ОБРАЗУЮТ ВСЮ СОВОКУПНОСТЬ СУЩНОСТНЫХ ПРОЦЕССОВ открытых неравновесных систем.

24. Диссипативные и антидиссипативные процессы

В соответствии с законом сохранения мощности диссипативные, антидиссипативные и переходные процессы описываются единым уравнением, но с указанием ограничений для каждого типа процессов.

Все три типа описываются одним уравнением (3.23), но с разными граничными условиями:

0= + ₁, где ₁= - , [L⁵T^-4] при

_1>0 для первого типа систем (диссипативные процессы),

_1<0 для второго типа систем (антидиссипативные процессы), (3.26)

₁=0 для третьего типа систем (переходные процессы).

Уравнение с ограничениями для первого типа можно охарактеризовать как обобщенную запись принципа диссипации для открытых неравновесных систем. При этом, если E=0 имеет место классическая формулировка Клаузиуса для закрытых систем. При E¹0 сущность диссипативности, тенденция к нарастанию энтропии отображается неравенством A₁>0 именно это неравенство и переносит сущность второго начала на открытую систему.

Уравнение с ограничениями для второго типа можно рассматривать как обобщенную запись принципа устойчивой неравновесности Подолинского-Бауэра- Вернадского. Обеспечивая выполнение соотношения A₁<0, устойчиво неравновесные системы-процессы как бы "переворачивают" ситуацию в том смысле, что доминирует антидиссипативный процесс - устойчивый рост свободной энергии - способность системы совершать внешнюю работу растет во времени, а мощность потерь убывает.

Необходимо специально подчеркнуть, что второе начало термодинамики в устойчиво неравновесных системах отнюдь не нарушается (на это обращал внимание еще Э.Бауэр), так как для него остается незыблемым фундаментальное неравенство A₁>0. Речь идет о разных классах систем-процессов, принципиальное различие которых проявляется в смене знака направления их закономерных изменений во времени и пространстве. Второе начало управляет движением одного класса систем-процессов, для которых доминирующим является понятие "рост диссипации, энтропии, анергии, мощности потерь энергии", ведущих к дезорганизации и смерти системы, уменьшению пространственно-временной размерности системы. К этому классу систем относятся неживое, косное вещество - все процессы и явления неживой природы.

25. Устойчивость

Для класса систем, приближающихся к равновесию, существует много физико-математических определений устойчивости. Но все они связаны с тем или иным состоянием равновесия. Так, например, в работе А.А.Андронова, Л.С.Понтрягина "Грубые системы" (ДАН СССР, 1936, № 9) определение "грубости" системы рассмотрено как определение устойчивости совокупности траекторий динамической системы по отношению к достаточно малым изменениям правых частей уравнений. "Устойчивость накладывает исключительно тяжелые требования на исходную систему. Исходная система может быть устойчивой только в том случае, если в области имеется лишь одно состояние равновесия и если все остальные движения стремятся к этому состоянию равновесия", то есть такому состоянию, когда система теряет способность совершать внешнюю работу. По этой причине нельзя механически переносить понятие "устойчивость" на класс систем, удаляющихся от равновесия и в силу этого повышающих свою способность совершать внешнюю работу.

Для этого класса систем применим принцип устойчивой неравновесности, который фактически определен в работах С.Подолинского (1880), Э.Бауэра (1934) и В.И.Вернадского (1935).

Принцип устойчивой неравновесности управляет принципиально иным классом систем-процессов, для которых доминирующим является понятие "рост свободной энергии, рост способности совершать внешнюю работу, рост полезной мощности", обеспечивающие самоорганизацию процессов развития системы и увеличение пространственно-временной размерности. К нему относятся живое вещество, все процессы и явления Жизни, в том числе и общественной жизни.

"Живые системы никогда не бывают в равновесии и за счет своей свободной энергии совершают работу против равновесия" (Э.Бауэр).