Открытая система (статистическая механика)

Перейти к навигацииПерейти к поиску

Открытая система в статистической механике — механическая или термодинамическая система, которая может обмениваться веществом и энергией с окружающей средой. Открытые системы взаимодействуют с внешней средой, причем полностью описать это взаимодействие и задать его некоторым гамильтонианом невозможно. Открытая система в равновесной статистической механике — это механическая система, число частиц в которой не остаётся постоянным.

Примерами открытых систем служат живые организмы[1].

При определенных условиях открытая система может достигать стационарного состояния, в котором её структура или важнейшие структурные характеристики остаются постоянными, в то время как система осуществляет со средой обмен веществом и/или энергией. Открытые системы в процессе взаимодействия со средой могут достигать так называемого эквифинального состояния, то есть состояния, определяющегося лишь собственной структурой системы и не зависящего от начального состояния среды.

Часто в качестве открытой системы рассматривают систему с небольшим числом степеней свободы, взаимодействующую с окружающей средой (резервуаром). При этом среда обычно представляется в виде системы с большим или бесконечным числом степеней свободы, которая находится в состоянии термодинамического равновесия.

Исследования моделей открытых систем восходят к пионерской работе Н. Н. Боголюбова и Н. М. Крылова 1939 года[2].

Открытые системы в статистической механике и в квантовой механике могут быть гамильтоновыми и негамильтоновыми. Эволюция гамильтоновых систем целиком определяется её гамильтонианом. Например, в равновесной статистической механике системы с переменным числом частиц, которые можно считать открытыми, описываются большим каноническим распределением Гиббса. Важным классом открытых систем является класс негамильтоновых систем. Именно в негамильтоновых системах возможны процессы самоорганизации. Среди негамильтоновых систем выделяются диссипативные, аккретивные, обобщённо диссипативные системы.

С точки зрения наблюдателя, который может следить только за выделенной малой системой, но не за окружением (окружающей средой), эволюция этой (открытой) системы будет представлять собой некоторый случайный процесс.

См. также

Примечания

  1. ↑ Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике. — М., Наука, 1990. — с. 104
  2. ↑ Боголюбов Н. Н. Избранные труды в трех томах. Т. 2. — К.: «Наукова думка», 1970. — С. 5—76.

Литература

  • Accardi L., Lu Y. G., Volovich I. V. Quantum Theory and Its Stochastic Limit. — New York: Springer Verlag, 2002. (недоступная ссылка)
  • Attal S., Joye A., Pillet C.-A. Open Quantum Systems: The Markovian Approach. — Springer, 2006.
  • Davies E. B. Quantum Theory of Open Systems. Academic Press, London, 1976. ISBN 0-12-206150-0 9780122061509
  • Ingarden R. S., Kossakowski A., Ohya M. Information Dynamics and Open Systems: Classical and Quantum Approach. — New York: Kluwer, 1997.
  • Tarasov V. E. Quantum Mechanics of Non-Hamiltonian and Dissipative Systems. — Amsterdam, Boston, London, New York: Elsevier Science, 2008.
  • Weiss U. Quantum Dissipative Systems. — Singapore: World Scientific, 1993.
  • Isar A., Sandulescu A., Scutaru H., Stefanescu E., Scheid W. Open quantum systems // Int. J. Mod. Phys. — 1994. — № 3. — С. 635—714.
  • H.P. Breuer, F. Petruccione, Theory of Open Quantum Systems. (Oxford University Press, 2002).

Литература на русском языке

Ссылки