Илья Пригожин

(1917–2003)

В одной из своих работ Пригожин писал: «Главное – не сила, а архитектура воздействия на сложную систему. Малые, но правильно организованные воздействия обладают необычной эффективностью. А сильные, но неправильные, «лобовые» усилия не дают желаемых результатов и даже наносят вред, если противоречат собственным тенденциям развития системы».

Илья Романович Пригожин родился 25 января 1917 года в Москве. Он был вторым сыном в семье инженера‑химика Романа Пригожина и музыкантши Юлии (Вишман) Пригожиной. Благодаря стараниям матери Илья с детства играл на пианино. Ноты, как она позднее вспоминала, он научился читать раньше, чем слова.

В 1921 году семья Пригожиных эмигрировала из России. Сначала они жили в Литве и Германии, а с 1929 года поселились в Бельгии. Годы переездов, по словам Пригожина, породили у него «острую восприимчивость к переменам»: «Начав изучать физику и химию, я был поражен тем, что исчез фактор времени». Пригожин интересовался историей и философией. Будущее же свое он связывал с профессией концертирующего пианиста.

Начальное и среднее образование Пригожин получил в школах Берлина и Брюсселя, а затем изучал химию в Свободном университете в Брюсселе, где его особенно привлекала термодинамика – наука, связанная с тепловой и другими формами энергии. Став здесь же в 1943 году бакалавром естественных наук, Пригожин написал диссертацию о значении времени и превращении в термодинамических системах, за которую два года спустя был удостоен докторской степени. В 1947 году он был назначен профессором физической химии в Свободном университете.

Как пишет Ю.А. Данилов: «Обостренный интерес к проблеме однонаправленности («стрелы») времени приводит Пригожина к новой интерпретации необратимости. Согласно традиционным представлениям, необратимость возникает не на фундаментальном уровне (где все элементарные процессы описываются обратимыми уравнениями Ньютона), а позднее – при усреднениях или учете краевых и начальных условий. По мнению Пригожина, необратимость возникает на фундаментальном уровне вследствие конечной разрешающей способности прибора, с помощью которого производится наблюдение. Ни человеческий глаз, ни самый точный прибор не могут видеть траекторию – геометрическую линию «без толщины», а различают лишь более или менее тонкие трубки. Все же, что находится внутри таких трубок, становится неразличимым, что и порождает необратимость».

Наибольшую известность принесли ученому работы по феноменологической теории необратимых процессов, Пригожин является одним из основателей современной термодинамики неравновесных процессов.

Хотя основы термодинамики линейных необратимых процессов были заложены исследованиями Л. Онзагера, именно работы Пригожина дали толчок быстрому развитию этого раздела термодинамики, в результате чего термодинамика линейных необратимых процессов к настоящему времени стала столь же завершенной наукой, как и классическая термодинамика. Существенный вклад внес Пригожин и в термодинамику нелинейных необратимых процессов, т е. в термодинамику систем, далеких от равновесия.

В работах Пригожина предложена оригинальная, так называемая локальная, формулировка второго начала термодинамики и использован в качестве базы для построения термодинамики неравновесных процессов принцип локального равновесия. Этот принцип сводится к утверждению, что в каждом малом элементе объема в целом неравновесной системы существует состояние локального равновесия, причем локальная энтропия является такой же функцией локальных макроскопических переменных, как и в равновесной системе. Этим самым сразу решается сложный вопрос об энтропии неравновесных состояний и возможность использования уравнения Гиббса для описания неравновесных систем.

Важную роль в построении термодинамики линейных необратимых процессов сыграла теорема, известная в литературе под названием теоремы Пригожина. Согласно этой теореме, в стационарном состоянии при фиксированных внешних параметрах скорость продукции энтропии (новое понятие, введенное в термодинамику ученым) в термодинамической системе минимальна. Это положение для закрытых систем было доказано еще Л. Онзагером. Однако именно Пригожин четко показал, что из этой теоремы вытекает совершенно иной критерий эволюции, чем критерий эволюции классической термодинамики, т е. производство энтропии для необратимых процессов в открытой системе стремится к минимуму (критерий Пригожина).

Критерий эволюции классической термодинамики состоит в том, что энтропия для необратимых процессов в изолированной системе стремится к максимальной величине (критерий Клаузиуса). Теорема Пригожина разрешила важнейший для термодинамики линейных необратимых процессов вопрос о точной характеристике стационарного состояния открытой системы, что резко расширило область применения этого раздела термодинамики.

Как показал Пригожин, теорема о минимуме производства энтропии справедлива только в линейной области и может не выполняться для систем, далеких от равновесия. Поэтому для таких систем требуется новый критерий эволюции, который и был предложен Пригожиным и П. Глансдорфом.

Критерий Глансдорфа–Пригожина для нелинейной термодинамики был, по существу, первой попыткой построения критерия эволюции для систем, далеких от равновесия. В связи с этим возник и подробно разбирается в работах Пригожина вопрос об устойчивости неравновесных состояний систем, далеких от равновесия.

Изучение вопроса об устойчивости привело Пригожина к одному из самых значительных его открытий – к открытию диссипативных структур. В природе существуют два вида структур: равновесные и диссипативные. Равновесные структуры (например, кристаллы) образуются в ходе обратимых превращений, происходящих в системах, близких к равновесию.

Диссипативные структуры возникают в системах, далеких от равновесия, они существуют только благодаря обмену энергии и вещества с внешней средой и стабильны только до тех пор, пока связаны соответствующими потоками с окружающей средой.

Считая, что неравновесность может служить источником организации и порядка, Пригожин представил диссипативные структуры в терминах математической модели с зависимыми от времени нелинейными функциями, которые описывают способность систем обмениваться материей и энергией с внешней средой и спонтанно себя рестабилизировать. Ставший теперь классическим пример диссипативной структуры в физической химии известен как нестабильность Бенарда. Такая структура возникает, когда слои легкоподвижной жидкой среды подогреваются снизу. При достаточно высоких температурных градиентах тепло передается через эту среду, как обычно, и большое число молекул в жидкости образуют специфические геометрические формы, напоминающие живые клетки.

Скоро стало очевидно, что человеческое общество так же, как и биологическая среда, являет собой пример диссипативных и недиссипативных структур. В 1952 году английский математик А.М. Тьюринг первым предположил, что термодинамические нестабильности типа тех, какие были выдвинуты Пригожиным и его коллегами, характерны для самоорганизующихся систем. В шестидесятые и семидесятые годы Пригожин развил созданную им теорию диссипативных структур и описал образование и развитие эмбрионов. Критические точки раздвоения в его математической модели соотносятся с точкой, в которой биологическая система в хаосе становится последовательной и стабилизированной. Пригожин предположил, что его теории и математические модели систем, которые зависят от времени, могут быть применимы к эволюционным и социальным схемам.

В 1961 году Пригожин женился на Марине Прокопович. У них родились два сына. В 1962 году он стал директором Сольвеевского международного института физики и химии в Брюсселе. В 1967 году ученого назначили директором Центра статистической механики и термодинамики Ильи Пригожина, который он основал при Техасском университете в Остине. С тех пор он работал одновременно и в Брюсселе и в Остине.

Пригожин награжден золотой медалью Сванте Аррениуса Шведской королевской академии наук (1969), медалью Баурка Британского химического общества (1972), медалью Котениуса Германской академии естествоиспытателей «Леопольдина» (1975) и медалью Румфорда Лондонского королевского общества (1976). Он стал членом Бельгийской королевской академии наук, Нью‑йоркской академии наук, Румынской академии наук, Королевского научного общества в Упсале и Германской академии естествоиспытателей «Леопольдина».

В 1977 году Пригожину была присуждена Нобелевская премия по химии «за работы по термодинамике необратимых процессов, особенно за теорию диссипативных структур». «Исследования Пригожина в области термодинамики необратимых процессов коренным образом преобразовали и оживили эту науку», – сказал С. Классон в своей вступительной речи от имени Шведской королевской академии наук. Эта работа открыла для термодинамики «новые связи и создала теории, устраняющие разрывы между химическим, биологическим и социальным полями научных исследований… Исследования Пригожина отличают также элегантность и прозрачность, поэтому ученого заслуженно называют «поэтом термодинамики»».

Пригожин не только директор Института Сольве в Брюсселе и Центра в Остине, но и неформальный лидер этих небольших, но весьма эффективных научных коллективов, их главный генератор идей.

Круг научных интересов Пригожина очень широк. Им опубликовано около 300 научных работ по различным проблемам физической химии, термодинамики и биологии, получены существенные результаты в таких несхожих областях науки, как теория растворов и статистическая механика, теория биологической эволюции и теория движения автотранспорта.

Пригожин известен в среде своих коллег как обходительный человек и незаурядный ученый, диапазон интересов которого чрезвычайно широк. Он увлечен литературой и археологией, по сей день играет на пианино, очень любит слушать музыку.

P.S. Илья Пригожин ушел из жизни 28 мая 2003 года.

Date: 2015-11-15; view: 365; Нарушение авторских прав