Диссипативные структуры

Диссипативные структуры – особые неравновесные состояния открытых систем, возникающие вдали от состояния равновесия.

Термин «диссипативные структуры» введен лауреатом Нобелевской премии И.Р. Пригожиным и обсуждается в его книгах и статьях. Большинство примеров описывает однородные системы, в которых протекает несколько химических реакций. Реакции подобраны таким образом, что в системе существуют несколько стационарных состояний. Одни состояния устойчивы относительно малых флуктуаций, другие – нет. При определенных значениях «управляющего параметра», в т.н. точках бифуркации возникают новые стационарные состояния, а существовавшие прежде – теряют устойчивость. Наблюдаемые явления описываются системой нелинейных дифференциальных уравнений. Анализ устойчивости стационарных состояний производится с помощью критерия Ляпунова.

Пригожин называет подобные системы «организованными» и «структурированными». Внешние потоки вещества удерживают их в стационарном состоянии и не позволяют двигаться к состояния равновесия. Пригожин особо подчеркивает, что поведение диссипативной структуры не детерминировано. Она может покинуть неустойчивое стационарное состояния в результате флуктуаций и направиться к какому-либо устойчивому стационару. Таких устойчивых стационаров у системы - несколько. В каком из них окажется система в результате эволюции – заранее предсказать нельзя. Направление перехода определяется первичной флуктуацией, т.е. по сути – случайно.

Примером диссипативных структур Пригожин считает системы, в которых возникают химические колебания (системы Белоусова-Жаботинского, Бриггса – Раушера и т.д.). Другой пример – модельная система Ф. Франка, где нарушается хиральная симметрия, и существуют устойчивые стационарные состояния с неравными концентрациями «правых» и «левых» оптических изомеров. Разделение «правых» и «левых» изомеров наблюдается в природе. Это явление до сих пор не имеет объяснения.

Химические реакции – не единственный способ организации диссипативных структур. Пространственные структуры Тьюринга появляются в открытой системе благодаря одновременному протеканию химических реакций и диффузии. Стационарные состояния в системе Тьюринга могут служить моделью возникновения биологической морфологии (глаза, руки, ноги и т.д.) при эмбриональном развитии.

Представления о диссипативных структурах используются в гуманитарных науках, в частности для описания исторических катаклизмов.

Мысль о диссипативных структурах является частью философских рассуждений И. Пригожина, которые привели его к представлениям о «созидательной роли неравновесных процессов», возникновении «порядка через флуктуации», ограниченной роли детерминизма в природе, наконец, к мыслям о необходимости отказаться от абсолютизации детерминизма и точных наук. Будущее, по мнению Пригожина, принадлежит наукам описательным.

Термин «диссипативные структуры» использован в нобелевской формулировке, при присуждении премии И.Р. Пригожину. Термин, однако, отсутствует в списке терминов Международного Союза химиков, ИЮПАК.