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 организмыЯворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике. — М., Наука, 1990. — с. 104.
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 годаБоголюбов Н. Н. Избранные труды в трех томах. Т. 2. — К.: «Наукова думка», 1970. — С. 5—76..
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 Открытая система (физика) Открытая система (квантовая механика) Статистическая механика Квантовая механика Синергетика Диссипативные структуры Самоорганизация Термодинамическая система
Примечания
Литература
Davies E. B. Quantum Theory of Open Systems. Academic Press, London, 1976. ISBN 0-12-206150-0 9780122061509
H.P. Breuer, F. Petruccione, Theory of Open Quantum Systems. (Oxford University Press, 2002).
Литература на русском языке
Гардинер К. В. Стохастические методы в естественных науках. М.: Мир, 1986. 528с. Бройер Х.- П., Петруччионе Ф. Теория открытых квантовых систем. М.: РХД, 2010. - 824 с. Климонтович Ю. Л. Введение в физику открытых систем. М.: Янус-К, 2002. 284 с. ISBN 5-8037-0101-7 Климонтович Ю. Л. Статистическая теория открытых систем. Том.1. М.: Янус-К, 1995. 624 с. Климонтович Ю. Л. Статистическая теория открытых систем. Т.2: Кинетическая теория плазмы. Кинетическая теория фазовых переходов второго рода. М.: Янус-К, 1999. 440 с. Климонтович Ю. Л. Статистическая теория открытых систем. Том.3: Физика квантовых открытых систем. М.: Янус-К, 2001. 508 с.
Ссылки Климонтович Ю. Л. Введение в физику открытых систем. Соросовский образовательный журнал, 1996, N 8, стр.109-116. html pdf Климонтович Ю. Л. Энтропия и информация открытых систем. Успехи физических наук. 1999, Том.169. N.4. стр.443-452. Климонтович Ю. Л. Критерии относительной степени упорядоченности открытых систем. Успехи физических наук. 1996, Том.166. N.11. стр. 1231—1243. Журнал Открытые системы.
Категория:Теоретическая физика Категория:Статистическая физика Категория:Статистическая механика Категория:Открытые системы