КООПЕРАТИ́ВНЫЕ ЯВЛЕ́НИЯ

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.