Спонтанное упорядочение вещества. параметр порядка
Физические свойства вещества определяются тем, насколько упорядочена его структура на микроскопическом уровне. Выбор той или иной формы порядка, т. е. фазы состояния, вещество совершает спонтанно (самопроизвольно), стремясь перейти в состояние с минимумом энергии.
Переход вещества от одной формы упорядочения к другой называют фазовым переходом.
Стандартные примеры: водяной пар и кристалл льда, алмаз и уголь, магнит и железный расплав.
Вещество, оставаясь неизменным по химическому составу, может обладать совершенно различными свойствами в зависимости от того, как расположены образующие его атомы. Для того чтобы предсказать поведение того или иного фрагмента вещества, необходимо знать не только, как устроены составляющие его «кирпичики» (молекулы, атомы и т. д.), но прежде всего как упорядочены эти кирпичи в пространстве «архитектуры здания».
Описание порядка в веществе, способов и последствий его изменения является фундаментальной задачей физики. Для ее решения используются как традиционные термодинамические и статистические методы, так и новые подходы, возникшие на основе теории колебаний, физики элементарных частиц, квантовой теории поля.
Из синтеза этих методов в настоящее время сформировался новый — так называемый синергетический — подход к описанию вещества, опирающийся в первую очередь на фундаментальные понятия «порядок — беспорядок».
Синергетика — в пер. с греч. «совместный», «согласованно действующий». Целью синергетики является выявление общих закономерностей образования и разрушения упорядоченных структур в сложных макроскопических системах различной природы (физических, химических, биологических, экологических и т. д.).
Синергетика как научное направление возникла в 70-е гг. XX в.
Для того чтобы охарактеризовать упорядоченность вещества, вводится понятие параметр порядка. Параметр порядка однозначно определяет степень упорядоченности системы.
По сравнению с такой величиной, как энтропия, которая также связана с беспорядком в системе, параметр порядка содержит существенно больше сведений о системе и более конкретен. Одним из самых простых примеров параметра порядка является плотность.
Она обычно характеризует степень упорядочивания агрегатных состояний. Самое хаотичное состояние — газообразное — имеет самую низкую плотность, самое упорядоченное — твердое — имеет, как правило, наивысшую для данного вещества плотность.
В качестве параметра порядка используются плотность (жидкость — пар), концентрация (бинарные смеси), намагниченность (ферромагнетики), поляризация (сегнетоэлектрики), волновая функция конденсата (сверхтекучий гелий) и т. д.
