НЕРАВНОВЕ́СНЫЕ ФА́ЗОВЫЕ ПЕРЕХО́ДЫ

НЕРАВНОВЕ́СНЫЕ ФА́ЗОВЫЕ ПЕРЕ­ХО́ДЫ, осо­бый вид фа­зо­вых пе­ре­хо­дов в сис­те­мах мно­гих силь­но взаи­мо­дей­ствую­щих час­тиц. Н. ф. п. про­ис­хо­дят в со­стоя­нии, да­лё­ком от тер­мо­ди­на­мич. рав­но­ве­сия, под дей­ст­ви­ем т. н. управ­ляю­щих па­ра­мет­ров, напр. ин­тен­сив­но­сти внеш­ней на­кач­ки энер­гии. Не­об­хо­ди­мым ус­ло­ви­ем Н. ф. п. яв­ля­ет­ся на­ли­чие в сис­те­ме не­ли­ней­но­го ме­ха­низ­ма дис­си­па­ции энер­гии, по­сту­паю­щей от внеш­не­го ис­точ­ни­ка; при этом не­ли­ней­ность обу­слов­ле­на на­ли­чи­ем по­ло­жи­тель­ной об­рат­ной свя­зи ме­ж­ду сис­те­мой и ис­точ­ни­ком.

При­мер Н. ф. п. – воз­ник­но­ве­ние ла­зер­ной ге­не­ра­ции в сис­те­ме, вклю­чаю­щей в се­бя ато­мы твёр­до­го те­ла и пе­ре­мен­ное внеш­нее элек­тро­маг­нит­ное по­ле; при­чём сис­те­ма ато­мов и по­ля на­хо­дит­ся в ре­зо­на­то­ре и свя­за­на с дву­мя тер­мо­ста­та­ми, имею­щи­ми разл. тем­пе­ра­ту­ры. При низ­ком уров­не на­кач­ки ато­мы твёр­до­го те­ла из­лу­ча­ют ин­ду­ци­ро­ван­ное внеш­ним по­лем из­лу­че­ние не­за­ви­си­мо друг от дру­га с про­из­воль­ны­ми на­чаль­ны­ми фа­за­ми. С рос­том на­кач­ки вся сис­те­ма пе­ре­хо­дит в не­рав­но­вес­ную ста­цио­нар­ную фа­зу, или упо­ря­до­чен­ное ко­ге­рент­ное со­стоя­ние, в ко­то­ром все ато­мы из­лу­ча­ют с оди­на­ко­вы­ми на­чаль­ны­ми фа­за­ми. Пе­ре­ход сис­те­мы че­рез стро­го оп­ре­де­лён­ный по­рог ге­не­ра­ции со­от­вет­ст­ву­ет, как и в рав­но­вес­ном слу­чае, спон­тан­но­му на­ру­ше­нию сим­мет­рии.

Ана­ло­гич­ные Н. ф. п. име­ют ме­сто и в др. слож­ных фи­зи­ко-хи­мич. и био­ло­гич. сис­те­мах – напр., оп­ти­че­ская би­ста­биль­ность, об­ра­зо­ва­ние кон­век­тив­ных яче­ек Бе­на­ра в гид­ро­ди­на­мич. сис­те­ме в ус­ло­ви­ях по­сто­ян­но­го не­рав­но­мер­но­го на­гре­ва, по­яв­ле­ние ав­то­ко­ле­ба­ний и ав­то­волн при не­ко­то­рых хи­мич. ре­ак­ци­ях (напр., ре­ак­ции Бе­ло­усо­ва – Жа­бо­тин­ско­го), фор­ми­ро­ва­ние ак­тив­но­го от­ве­та ней­рон­ных ан­самб­лей (см. Ней­рон­ные се­ти), а так­же об­ра­зо­ва­ние не­од­но­род­ных струк­тур при мор­фо­ге­не­зе.

Ма­те­ма­тич. ос­но­вой для опи­са­ния Н. ф. п. яв­ля­ет­ся обоб­щён­ная фе­но­ме­но­ло­гич. тео­рия фа­зо­вых пе­ре­хо­дов Лан­дау, в ко­то­рой ди­на­ми­ка не­ус­той­чи­во­го мак­ро­ско­пич. па­ра­мет­ра по­ряд­ка опи­сы­ва­ет­ся по­сред­ст­вом не толь­ко не­ли­ней­ных внутр. взаи­мо­дей­ст­вий, но так­же по­сред­ст­вом учё­та влия­ния внеш­не­го слу­чай­но­го ис­точ­ни­ка (шу­ма) на ос­но­ве урав­не­ний Лан­же­ве­на или Фок­ке­ра – План­ка.

В от­ли­чие от обыч­ных фи­зич. си­туа­ций, шум в не­ли­ней­ных сис­те­мах ука­зан­но­го ти­па ока­зы­ва­ет не хао­ти­зи­рую­щее, а ста­би­ли­зи­рую­щее влия­ние. По­след­нее становится воз­мож­ным лишь при оп­ре­де­лён­ных со­от­но­ше­ни­ях ме­ж­ду внутр. па­ра­мет­ра­ми сис­те­мы, от ко­то­рых в ко­неч­ном счё­те толь­ко и за­ви­сит ус­та­но­вив­шее­ся ко­ге­рент­ное со­стоя­ние.

С ма­те­ма­тич. точ­ки зре­ния Н. ф. п. пред­став­ля­ет со­бой би­фур­ка­цию ре­ше­ния, со­от­вет­ст­вую­ще­го тер­мо­ди­на­ми­че­ски рав­но­вес­но­му со­стоя­нию, экс­т­ра­по­ли­ро­ван­но­му за пре­де­лы его тер­мо­ди­на­мич. ус­той­чи­во­сти. Воз­ни­каю­щая при этом но­вая ветвь ре­ше­ния со­от­вет­ст­ву­ет ста­цио­нар­но­му, но не­ус­той­чи­во­му в тер­мо­ди­на­мич. смыс­ле со­стоя­нию, ко­то­рое в об­щем слу­чае не от­ве­ча­ет ми­ни­му­му сво­бод­ной энер­гии фи­зич. сис­те­мы.

Вид ко­неч­но­го ста­цио­нар­но­го со­стоя­ния сис­те­мы име­ет ха­рак­тер ве­ро­ят­но­ст­но­го рас­пре­де­ле­ния, за­ви­ся­ще­го от ин­тен­сив­но­сти обу­слов­лен­ных шу­мом флук­туа­ций. В ча­ст­но­сти, в яв­ле­нии оп­тич. бис­та­биль­но­сти воз­ни­ка­ет рас­ще­п­ле­ние од­но­го мак­си­му­ма ве­ро­ят­но­сти (од­но­мо­до­во­го рас­пре­де­ле­ния) на два; при­чи­ной это­го слу­жит кон­ку­рен­ция ме­ж­ду дис­си­па­ци­ей, удер­жи­ваю­щей сис­те­му в не за­ви­ся­щем от уров­ня шу­ма ста­цио­нар­ном со­стоя­нии, и диф­фу­зи­ей, ко­то­рая вы­во­дит сис­те­му из это­го со­стоя­ния.

С бо­лее об­щей, ин­фор­ма­ци­он­ной, точ­ки зре­ния Н. ф. п. пред­став­ля­ют со­бой наи­бо­лее яр­кий и под­даю­щий­ся кор­рект­но­му фи­зич. и ма­те­ма­тич. опи­са­нию при­мер ши­ро­ко­го клас­са яв­ле­ний са­мо­ор­га­ни­за­ции. По­доб­ные яв­ле­ния при­во­дят к ло­каль­но­му по­ни­же­нию эн­тро­пии слож­ной сис­те­мы и в прин­ци­пе спо­соб­ны объ­яс­нить эво­лю­цию ма­те­ри­аль­но­го ми­ра, в т. ч. от не­жи­вой к жи­вой ма­те­рии.