Книга посвящена анализу эффектов самоорганизации — возникновения, развития и гибели макроскопических структур в неравновесных открытых физико-химических системах. Рассмотрены аналогии между явлениями самоорганизации и фазовыми переходами в равновесных системах. Кратко обсуждены проблема зарождения турбулентности и динамические модели хаоса. Изложена теория автоволновых процессов в активных средах. Проанализировано влияние флюктуации внешних полей на кинетику неравновесных химических реакций. Книга содержит также обзор экспериментального материала по явлениям самоорганизации в различных физико-химических системах.
Ил. 96. Табл. 5. Библиогр. 494 назв.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Исследования последних двух десятилетий показали, что модели кооперативного поведения различных по своей природе физических, физико-химических, биологических и других систем характеризуются большим сходством и иногда даже совпадением. Существенная черта такого поведения — эффект самоорганизации, т. е. возникновение, развитие и гибель макроскопических структур в неравновесных условиях. В настоящей книге рассматривается лишь самоорганизация в физико-химических системах. Однако в силу глубокой аналогии кооперативного поведения систем разной природы мы надеемся, что книга заинтересует не только исследователей в области физической химии, но и физиков, биологов, экологов — всех, кому приходится иметь дело с явлениями самоорганизации. Поэтому нами дано подробное и по возможности простое изложение ряда вопросов, которое при узкой специализации читателя было бы излишним.
Сразу же оговоримся, что за пределами книги оказались вопросы самоорганизации на микроскопическом уровне, в частности исключительно интересные явления, связанные с поведением биологически активных макромолекул и с ферментативными биохимическими реакциями.
Результаты, достигнутые в новой быстро развивающейся области, какой является теория самоорганизации, еще далеки от такого состояния, которое допускало бы замкнутое систематическое изложение. В связи с этим наше изложение во многом имеет фрагментарный характер; в значительной степени оно отражает научные интересы авторов.
Введение, гл. 6 и Заключение написаны А. С. Михайловым и Л. С. Полаком, гл. 1, 4, 5 — А. С. Михайловым, гл. 2, 3 — Л. С. По-лаком, гл. 7 — Л. С. Полаком и А. Б. Мазалекским.
Авторы выражают признательность В. И. Веденееву, А. М. Жа-ботинскому, М. И. Каганову, Ю. Л. Климонтовичу, В. И. Крин-скому, В. В. Осипову и М. И. Рабиновичу за полезные обсуждения и замечания. Считаем своим долгом отметить, сколь многим при написании этой книги (особенно гл. 4, 5, 6) мы были обязаны обще-
нию с
И. М. Лифшицем|, чей постоянный и живой интерес к пробле-
мам самоорганизации служил неоценимой поддержкой. Мы благодарны Н. М. Рытовой за большую помощь в подготовке рукописи к печати.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ............'....•......., 3
ВВЕДЕНИЕ . ,.......... , ............ 4
Глава 1
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ! НЕРАВНОВЕСНОЙ СТАТИСТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ И ТЕОРИИ СЛУЧАЙНЫХ
ПРОЦЕССОВ.......................... 1»
1. Введение.......................... 10
2. Уравнение Лиувилля.................... 11
3. Статистическая необратимость ... ,........... 13.
4. Свойства систем при тепловом равновесии.......... 14
5. Релаксация к тепловому равновесию............ 16-
6. Флюктуации при тепловом равновесии............ 21
7. Случайные процессы.................... 25
Глава 2
ОСНОВЫ НЕРАВНОВЕСНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ 35>
1. Введение .... , ,.......»............ 35
2. Неравновесная статистическая термодинамика и неравновесная химическая кинетика.................... 35
3. Уравнение Паули....................... 3&
4. Коэффициент скорости неравновесных химических реакций . . 41
5. Детерминистическое описание кинетики химических реакций. . 47
6. Некоторые аналоги уравнений кинетики простых химических реакций............................ 60
7. Стохастическое описание кинетики химических реакций . ... 65
8. Модели химических реакций................. 72
Глава 3
ФЛЮКТУАЦИИ В ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ... 74
1. Энтропия, флюктуации и устойчивость в открытых неравновесных реагирующих системах................. 74
2. Элементы теории флюктуации................ 81
3. Стохастическая сила и уравнения Ланжевена......... 85
4. Гидродинамические флюктуации............... 89
5. Флюктуации в реагирующих системах с нелинейной кинетикой 95
Глава 4
ТУРБУЛЕНТНОСТЬ, ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ И САМООРГАНИЗАЦИЯ ......................... 106
1. Введение.......................... 106
2. Механизм зарождения турбулентности Ландау........ 108
3. Обобщенные уравнения Гинзбурга—Ландау......... 1151
4. Аналогия с фазовыми переходами 2-го рода в равновесных физических системах....................... 120'
5. Динамические модели хаоса................. 134=
Глава 5
ОБРАЗОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ И ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ СТРУКТУР В РЕАГИРУЮЩИХ НЕРАВНОВЕСНЫХ СИСТЕМАХ.................... 143
1. Модели возбудимых сред.................. 143
2. Системы с множественными стационарными состояниями . . . 149
3. Автоволновые режимы в средах с диффузией......... 156
4. Волны переключения.................... 1591
5. Бегущие импульсы..................... 165
6. Спиральные волны...................... 174
7. Ведущие центры....................... 183
Глава 6
ВЛИЯНИЕ ФЛЮКТУАЦИИ ВНЕШНИХ ПОЛЕЙ НА КИНЕТИКУ
НЕРАВНОВЕСНЫХ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ........ 192
1. Химические реакции в турбулентных потоках........ 192
2. Неустойчивости и переходы, обусловленные флюктуациями внешних полей....................... 205
3. Переходы в распределенных системах с диффузией, инициированные внешним шумом ................... 210
4. Флюктуационные явления в средах с распадом и размножением 218
Глава 7
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ О ВРЕМЕННЫХ, ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ И ПРОСТРАНСТВЕННЫХ
СТРУКТУРАХ В ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ........ 227
1. Введение.......................... 227
2. Газофазные реакции.................... . 228
3. Реакции гетерогенного катализа............... 233
4. Реакции в жидкой фазе................... 23Т
5. Кольца Лизеганга..................... 262
6. Реакции в неравновесной плазме.............. 263
ЗАКЛЮЧЕНИЕ........,,, s .,.........* 265
ЛИТЕРАТУРА........,............., , 267
ИМЕННОЙ УКАЗАТЕЛЬ.................... 281
Цена: 300руб.
