к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Неравновесные фазовые переходы

Неравновесные фазовые переходы - переходы многочастичных систем, находящихся вдали от термодинамич. равновесия, в стационарные состояния с дространств. или временной когерентностью. Неравновесные фазовые переходы связаны с потерей устойчивости исходного бесструктурного состояния, являющегося экстраполяцией равновесного состояния в неравновесные условия, и происходят в результате бифуркаций, приводящих к возникновению новых стационарных состояний. Подобные явления имеют место в открытых системах и обусловлены флук-туациями, индуцируемыми внеш. воздействием.

Пример неравновесных фазовых переходов - возникновение лазерной генерации. С термодииамич. точки зрения лазер представляет собой неравновесную систему, т. к. она включает в себя атомы и поле, к-рые связаны с резервуарами, имеющими разд. температуры. При слабой накачке активные атомы излучают независимо друг от друга. С увеличением накачки лазер переходит в когерентное состояние, в к-ром все атомы излучают в фазе. При этом обнаруживается аналогия с фазовыми переходами 2-го рода. Подобная аналогия имеет место при Н. ф. п. и в др. системах: физических (образование конвективных ячеек Бенара; возникновение осцилляции напряжённости электрич. поля в диоде Ганна), химических (появление автоколебаний и автоволн при хим. реакциях), биологических (переход в режим ритмич. активности нейтронных ансамблей; образование неоднородных структур при морфогенезе) и т. д. Рассмотрение этих явлений в рамках единого подхода, использующего квантовую теорию фазовых переходов и теорию нелинейных колебаний и волн, составляет основу синергетики.

При описании неравновесных фазовых переходов выделяют самые неустойчивые (критич.) степени свободы. При развитии этих мод и последующей их стабилизации в процессе взаимодействия между собой образуется пространственная или временная структура. Нелинейные ур-ния для амплитуд этих возмущений (параметров порядка)получаются после исключения из динамич. ур-ний всех остальных мод. В простейшем случае одномодового лазера для зависящей от времени комплексной амплитуды поля излучения j получим:

3107-13.jpg

где а и b - параметры, характеризующие излучение, F(t) - случайная сила, обусловленная флуктуациями. При а < 0 можно пренебречь обусловленной диссипацией нелинейностью. В этом случае значение амплитуды j полностью определяется шумом F(t). Изменение знака линейного по j слагаемого в (1) приводит к потере устойчивости нулевого (в отсутствие флуктуации) решения и к появлению нетривиальных устойчивых решений с |j|2 = а/2b, т. е. к возникновению когерентного лазерного излучения, к-рое лишь в незначит. степени нарушается флуктуациями. Т. о., в поведении лазерного излучения при переходе через порог генерации, как и в обычных фазовых переходах 2-го рода, имеет место неустойчивость, приводящая к спонтанному нарушению симметрии. Вид стационарного распределения вероятности может зависеть от интенсивности флуктуации. Напр., в случае т. н. мультипликативного шума, приводящего к появлению в ур-нии (1) слагаемого g(j)F(t), где g(j) - нек-рая функция амплитуды j, стационарное распределение имеет вид:

3107-14.jpg

При этом возможна ситуация, когда при малых Г вероятность имеет один максимум, а при некоторой критич. интенсивности шума Гс появляются два максимума. Поэтому при Г > Гс система с наиб. вероятностью находится в стационарном состоянии, соответствующем одному из двух максимумов распределения W(j). Расщепление максимума возникает в результате конкуренции между диссипацией, удерживающей систему в стационарном состоянии, не зависящем от шума, и диффузией, к-рая выводит систему из этого состояния. Если считать интенсивность внеш. флуктуации управляющим параметром, а возникающее расщепление параметром порядка, то подобное явление представляет собой стимулированный шумом неравновесных фазовых переходов.

Из-за флуктуации можно говорить лишь о вероятности разл. значений ф. Стационарное распределение является решением Фоккера - Планка уравнения [к которому можно свести уравнение (1)] и записывается в виде

3107-15.jpg

Здесь 2Г - ср. интенсивность случайной сплы, а эфф. функционал энергии равен

3107-16.jpg

Это разложение по j соответствует функционалу для равновесных фазовых переходов 2-го рода.

Рассмотренную модель можно обобщить на бесконечное число мод с непрерывно распределёнными в пространстве параметрами. При этом зависимость корреляц. радиуса флуктуации поля от степени близости параметров к пороговому значению соответствует температурной зависимости радиуса корреляции при обычных фазовых переходах 2-го рода. Распределение вероятности j имеет тот же вид, а эфф. энергия совпадает по форме с функционалом для комплексного параметра порядка в феноменологич. теории сверхпроводимости.

В случае конвекции Бенара диссипативная нелинейность функционала энергии обусловлена температурной зависимостью вязкости, к-рая приводит к резонансной связи между тремя гидродинамич. модами с одинаковыми по модулю и развёрнутыми на 60° волновыми векторами. Стационарная конвекция характеризуется одинаковыми амплитудами этих мод, что приводит к образованию конвективной пространств. структуры из гексагональных призматич. ячеек.

В отличие от обычных фазовых переходов, где стабилизация параметра порядка обусловлена увеличением энергии из-за взаимодействия флуктуации (недиссипа-тивной нелинейностью), в неравновесных фазовых переходах стабилизирующее действие оказывает нелинейная диссипация. Поэтому для поддержания стационарного состояния система должна быть открытой, т. к. необходим постоянный приток энергии от внеш. источника.

Известны вещества, где велики одновременно как диссипативные, так и недиссипативные нелинейности. Это сегнетоэлектрич. или жидкие кристаллы с примесями из оптически активных атомов, ионов или молекул, в к-рых существенно взаимное влияние равновесных и неравновесных фазовых переходов. Так, когерентное излучение способно индуцировать обычное упорядочение, и наоборот, обычный фазовый переход приводит к понижению порога генерации и уменьшению длины волны излучения.

Интересны обычные фазовые переходы в случаях, когда упорядочивающая система связана с неравновесной подсистемой, возбуждаемой извне. Напр., в полупроводниках с магн. или сегнетоэлектрич. свойствами фотовозбуждение электронной подсистемы способно не только изменить температуру и род фазового перехода, но и перевести его в качественно новый автоколебательный или автоволновой режим.

Примером неравновесных фазовых переходов 1-го рода является образование электронно-дырочной жидкости в полупроводниках. Она образуется в виде капель, окружённых газом свободных носителей, когда концентрация носителей, возбуждаемых внеш. воздействием, превышает нек-рое критич. значение.

Неравновесные фазовые переходы возможны также в нелинейных системах, для к-рых характерна, напр., оптическая бистабильность .Переключение между двумя неравновесными состояниями также аналогично равновесному фазовому переходу 1-го рода.

Литература по неравновесным фазовым переходам

  1. Хакен Г., Синергетика, пер. с англ., М., 1980;
  2. Климонтович Ю. Л., Кинетическая теория электромагнитных процессов, М., 1980. Г.

В. Тейтельбаум

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что в 1974 - 1980 годах профессор Стефан Маринов из г. Грац, Австрия, проделал серию экспериментов, в которых показал, что Земля движется по отношению к некоторой космической системе отсчета со скоростью 360±30 км/с, которая явно имеет какой-то абсолютный статус. Естественно, ему не давали нигде выступать и он вынужден был начать выпуск своего научного журнала "Deutsche Physik", где объяснял открытое им явление. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 13.07.2020 - 09:21: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
13.07.2020 - 09:19: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
13.07.2020 - 06:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от схиигумена Сергия (Николая Романова) - Карим_Хайдаров.
13.07.2020 - 06:11: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
13.07.2020 - 06:10: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от проф. В.Ю. Катасонова - Карим_Хайдаров.
12.07.2020 - 21:29: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИНТЕРНЕТ - Карим_Хайдаров.
12.07.2020 - 21:01: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
12.07.2020 - 20:59: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
12.07.2020 - 20:57: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Галины Царёвой - Карим_Хайдаров.
12.07.2020 - 19:23: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
12.07.2020 - 19:06: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
12.07.2020 - 18:01: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Игоря Стрелкова - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution