Спонтанное упорядочение вещества. Параметр порядка

Физические свойства вещества определяются тем, на­сколько упорядочена его структура на микроскопиче­ском уровне. Выбор той или иной формы порядка, т. е. фазы состояния, вещество совершает спонтанно (самопроизволь­но), стремясь перейти в состояние с минимумом энергии. Переход вещества от одной формы упорядочения к другой называют фазовым переходом.

Стандартные примеры: водяной пар и кристалл льда, алмаз и уголь, маг­нит и железный рас­плав.

Облака над водой. Порядок и покой зимних пейзажей, так же как текучесть и воздушность летних, обеспечиваются различными формами упорядочения одного и того же вещества — воды

Вещество, оставаясь неизменным по химическому составу, может обладать совершенно различными свойствами в зави­симости от того, как расположены образующие его атомы. Для того чтобы предсказать поведение того или иного фраг­мента вещества, необходимо знать не только, как устроены составляющие его «кирпичики» (молекулы, атомы и т. д.), но прежде всего как упорядочены эти кирпичи в про­странстве «архитектуры зда­ния». Описание порядка в веществе, способов и послед­ствий его изменения являет­ся фундаментальной задачей физики. Для ее решения ис­пользуются как традицион­ные термодинамические и статистические методы, так и новые подходы, возникшие на основе теории колебаний, физики элементарных час­тиц, квантовой теории поля. Из синтеза этих методов в на­стоящее время сформиро­вался новый — так называе­мый синергетический — подход к описанию вещест­ва, опирающийся в первую очередь на фундаменталь­ные понятия «порядок — беспорядок».

Синергетика — в пер. с греч. «совместный», «со­гласованно действую­щий». Целью синергетики явля­ется выявление общих закономерностей образо­вания и разрушения упо­рядоченных структур в сложных макроскопиче­ских системах различной природы (физических, химических, биологиче­ских, экологических и т. д.). Синергетика как научное направление воз­никла в 70-е гг. XX в. Материал с сайта http://worldof.school

Для того чтобы охарактеризовать упорядоченность вещест­ва, вводится понятие параметр порядка. Параметр порядка однозначно определяет степень упорядоченности системы. По сравнению с такой величиной, как энтропия, которая также связана с беспорядком в системе, параметр порядка содержит существенно больше сведений о системе и более конкретен. Одним из самых простых примеров параметра порядка является плотность. Она обычно характеризует степень упорядочивания агрегатных состояний. Самое хао­тичное состояние — газообразное — имеет самую низкую плотность, самое упорядоченное — твердое — имеет, как правило, наивысшую для данного вещества плотность.

В качестве параметра по­рядка используются плот­ность (жидкость — пар), концентрация (бинарные смеси), намагниченность (ферромагнетики), поля­ризация (сегнетоэлектрики), волновая функция конденсата (сверхтекучий гелий) и т. д.

На этой странице материал по темам:

• Параметр порядка