КООПЕРАТИ́ВНЫЕ ЯВЛЕ́НИЯ
-
Рубрика: Физика
-
Скопировать библиографическую ссылку:
КООПЕРАТИ́ВНЫЕ ЯВЛЕ́НИЯ, явления в многочастичной системе, связанные с когерентным (согласованным) взаимодействием большого числа частиц. Простейший пример К. я. – движения, связанные с локальными изменениями скорости, плотности, давления и др. (звук, теплопроводность и пр.). Такие движения имеют достаточно большие пространственные и временны́е масштабы, необходимые для установления локального равновесия. К. я. происходят как в равновесных физич. системах, так и в неравновесных системах разл. природы (физич., химич., биологических и др.).
Равновесные К. я. можно разделить на две группы: критические явления, связанные с разл. фазовыми переходами, и когерентные явления, связанные с установившейся макроскопич. упорядоченностью (см. Квантовая когерентность). Примером первого типа К. я. служит аномалия теплоёмкости вблизи λ-точки 4Не, примером второго типа – сверхтекучесть 4Не при температуpax ниже λ-точки. Сверхтекучесть, так же как и сверхпроводимость, относится к квантовым К. я., при которых квантовая когерентность проявляется в макроскопич. масштабах. К такого же рода явлениям относится и неустойчивость Пайерлса – Фрёлиха, наблюдаемая в ряде квазиодномерных металлич. и органич. соединений и приводящая к появлению волн зарядовой плотности. Хорошо известные примеры К. я. – ферромагнетизм и антиферромагнетизм – явления, связанные с установлением дальнего магнитного порядка определённого типа. Когерентные явления в упорядоченных фазах вещества, как правило, можно описать в терминах слабо взаимодействующих квазичастиц. Критич. явления при фазовых переходах 2-го рода не допускают такого описания.
Неравновесные К. я. имеют место в открытых системах, далёких от термодинамич. равновесия; их существование связано с диссипацией энергии. Некоторые из них обусловлены возникновением в неравновесной системе макроскопич. пространственной когерентности (диссипативной структуры); они в значит. степени аналогичны равновесным К. я. при термодинамич. фазовых переходах. К неравновесным К. я. относятся: когерентное излучение лазера (пример квантового неравновесного К. я.); неустойчивость Рэлея – Бенара, возникающая в нагреваемом снизу слое жидкости; образование пространственно неоднородных структур при некоторых химич. реакциях, а также в процессе морфогенеза. Успешное описание процессов, происходящих в лазере вблизи порога генерации, в рамках теории Ландау фазовых переходов 2-го рода положило начало построению единого подхода к неравновесным К. я., составляющего предмет синергетики.
Ряд важных неравновесных К. я. связан с появлением временны́х (или пространственно-временны́х) структур: напр., осцилляции тока в Ганна диоде, осцилляции концентраций химич. компонентов в реакции Белоусова – Жаботинского, осцилляции численностей разл. видов животных в экологич. системах, распространение электрич. волн в нервных клетках и т. п. Общего статистич. подхода к описанию таких систем пока не существует. Один из наиболее интересных типов волновых К. я. в активных средах – автоволны.
Особый тип К. я., которые нельзя отнести ни к критическим, ни к когерентным, представляют явления, связанные с процессами замерзания в стёклах (структурных, спиновых, электрических и т. п.). В отличие от обычных фазовых переходов, замерзание стёкол не приводит к изменению симметрии системы, однако качественно изменяет её макроскопич. свойства. Состояние стекла является метастабильным, и в этом смысле структурные стёкла не являются равновесными системами, однако они также принципиально отличаются от неравновесных диссипативных структур, существующих за счёт притока энергии извне. Происходящие в них процессы называют квазиравновесными кооперативными явлениями.