НЕОБРАТИ́МЫЙ ПРОЦЕ́СС

НЕОБРАТИ́МЫЙ ПРОЦЕ́СС, про­цесс, ко­то­рый са­мо­про­из­воль­но мо­жет ид­ти толь­ко в од­ном оп­ре­де­лён­ном на­прав­ле­нии. Ти­пич­ные при­ме­ры Н. п. – тре­ние, те­п­ло­пе­ре­да­ча, диф­фу­зия. Лю­бое са­мо­про­из­воль­ное из­ме­не­ние со­стоя­ния замк­ну­той мак­ро­ско­пич. сис­те­мы во вре­ме­ни с ко­неч­ной ско­ро­стью не­об­ра­ти­мо. Сис­те­ма, на­хо­дя­щая­ся в со­стоя­нии тер­мо­ди­на­мич. рав­но­ве­сия, без внеш­не­го воз­дей­ст­вия не ме­ня­ет сво­его со­стоя­ния. Сле­до­ва­тель­но, са­мо­про­из­воль­ное из­ме­не­ние со­стоя­ния воз­мож­но толь­ко для не­рав­но­вес­ной сис­те­мы. Ис­клю­че­ние со­став­ля­ют ло­каль­ные флук­туа­ции тер­мо­ди­на­мич. па­ра­мет­ров рав­но­вес­ных сис­тем – плот­но­сти, темп-ры и др. Но от­но­сит. ве­ли­чи­на флук­туа­ций в мак­ро­ско­пич. сис­те­мах, со­стоя­щих из боль­шо­го чис­ла час­тиц, ни­чтож­но ма­ла. В тех слу­ча­ях, ко­гда при ре­ше­нии кон­крет­ных за­дач не­об­ра­ти­мо­стью мож­но пре­неб­речь, про­цесс по­ла­га­ют об­ра­ти­мым.

С не­об­ра­ти­мо­стью всех на­блю­дае­мых про­цес­сов свя­за­ны не­об­ра­ти­мость вре­ме­ни и при­чин­но­сти прин­цип. Урав­не­ния дви­же­ния в ме­ха­ни­ке ин­ва­ри­ант­ны от­но­си­тель­но из­ме­не­ния зна­ка вре­ме­ни. По­это­му пред­став­ля­ет­ся па­ра­док­саль­ной (по край­ней ме­ре, на пер­вый взгляд) воз­мож­ность объ­яс­не­ния на­блю­дае­мой не­об­ра­ти­мо­сти ме­ха­нич. яв­ле­ний на ос­но­ве за­ко­нов ме­ха­ни­ки.

Про­стей­шая при­чи­на не­об­ра­ти­мо­сти за­клю­ча­ет­ся в том, что вре­мя воз­вра­та сис­те­мы в по­ло­же­ние (со­стоя­ние), сколь угод­но близ­кое к сво­ему пер­вич­но­му по­ло­же­нию (су­ще­ст­во­ва­ние та­ко­го вре­ме­ни до­ка­за­но Пу­ан­ка­ре тео­ре­мой), в мак­ро­ско­пич. сис­те­мах с боль­шим чис­лом час­тиц (и, со­от­вет­ст­вен­но, сте­пе­ней сво­бо­ды) чрез­вы­чай­но ве­ли­ко и по­это­му ре­аль­но не­на­блю­дае­мо. Не­из­ме­ри­мо бы­ст­рее не­рав­но­вес­ная сис­те­ма в про­цес­се сво­ей эво­лю­ции ока­зы­ва­ет­ся в фа­зо­вом про­стран­ст­ве гро­мад­но­го чис­ла наи­бо­лее ве­ро­ят­ных со­стоя­ний, не­раз­ли­чи­мых в её мак­ро­ско­пич. про­яв­ле­ни­ях.

Ес­ли не­рав­но­вес­ная замк­ну­тая сис­те­ма со­сто­ит из под­сис­тем, тер­мо­ди­на­мич. рав­но­ве­сие ме­ж­ду ко­то­ры­ми ус­та­нав­ли­ва­ет­ся мед­лен­но по срав­не­нию с рав­но­ве­си­ем внут­ри ка­ж­дой под­сис­те­мы, то про­цесс ус­та­нов­ле­ния рав­но­ве­сия ме­ж­ду под­сис­те­ма­ми про­ис­хо­дит на фо­не их внутр. рав­но­ве­сия. К та­ким под­сис­те­мам от­но­сят­ся, напр., рав­но­вес­ные внут­ри се­бя эле­мен­ты объ­ё­ма в сис­те­ме с про­стран­ст­вен­но не­од­но­род­ным рас­пре­де­ле­ни­ем темп-ры или хи­мич. со­ста­ва, ком­по­нен­ты не­рав­но­вес­но­го хи­мич. и элек­трон­но-ион­но­го со­ста­ва га­за. Эн­тро­пия та­кой не­рав­но­вес­ной сис­те­мы, оп­ре­де­лён­ная как сум­ма эн­тро­пий всех под­сис­тем, со вре­ме­нем воз­рас­та­ет и дос­ти­га­ет макс. зна­че­ния при ус­та­нов­ле­нии рав­но­ве­сия ме­ж­ду под­сис­те­ма­ми. При этом отд. сла­гае­мые сум­мы мо­гут ос­та­вать­ся по­сто­ян­ны­ми или убы­вать. Это не про­ти­во­ре­чит за­ко­ну воз­рас­та­ния эн­тро­пии, т. к. под­сис­те­мы не замк­ну­ты (см. От­кры­тая сис­те­ма).

Про­цесс пе­ре­хо­да к об­ще­му тер­мо­ди­на­мич. рав­но­ве­сию мо­жет быть опи­сан урав­не­ния­ми фи­зич. ки­не­ти­ки, обоб­щён­ны­ми на не­уп­ру­гие столк­но­ве­ния и про­стран­ст­вен­ную не­од­но­род­ность сис­те­мы. Од­на­ко внутр. рав­но­ве­сие под­сис­тем по­зво­ля­ет су­ще­ст­вен­но уп­ро­стить про­бле­му и све­сти её к ре­ше­нию диф­фе­рен­циаль­ных урав­не­ний ки­не­ти­ки хи­мич. и элек­трон­но-ион­ных ре­ак­ций, те­п­ло­про­вод­но­сти, диф­фу­зии и др. При ма­лых от­кло­не­ни­ях от рав­но­ве­сия за­да­чи об эво­лю­ции та­ких сис­тем тео­ре­ти­че­ски ре­ша­ют­ся ме­то­да­ми тер­мо­ди­на­ми­ки не­рав­но­вес­ных про­цес­сов.