Открытая система (статистическая механика)

Открытая система в статистической механике — механическая или термодинамическая система, которая может обмениваться веществом и энергией с окружающей средой. Открытые системы взаимодействуют с внешней средой, причем полностью описать это взаимодействие и задать его некоторым гамильтонианом невозможно. Открытая система в равновесной статистической механике — это механическая система, число частиц в которой не остаётся постоянным.

Примерами открытых систем служат живые организмы.

При определенных условиях открытая система может достигать стационарного состояния, в котором её структура или важнейшие структурные характеристики остаются постоянными, в то время как система осуществляет со средой обмен веществом и/или энергией. Открытые системы в процессе взаимодействия со средой могут достигать так называемого эквифинального состояния, то есть состояния, определяющегося лишь собственной структурой системы и не зависящего от начального состояния среды.

Часто в качестве открытой системы рассматривают систему с небольшим числом степеней свободы, взаимодействующую с окружающей средой (резервуаром). При этом среда обычно представляется в виде системы с большим или бесконечным числом степеней свободы, которая находится в состоянии термодинамического равновесия.

Исследования моделей открытых систем восходят к пионерской работе Н. Н. Боголюбова и Н. М. Крылова 1939 года.

Открытые системы в статистической механике и в квантовой механике могут быть гамильтоновыми и негамильтоновыми. Эволюция гамильтоновых систем целиком определяется её гамильтонианом. Например, в равновесной статистической механике системы с переменным числом частиц, которые можно считать открытыми, описываются большим каноническим распределением Гиббса. Важным классом открытых систем является класс негамильтоновых систем. Именно в негамильтоновых системах возможны процессы самоорганизации. Среди негамильтоновых систем выделяются диссипативные, аккретивные, обобщённо диссипативные системы.

С точки зрения наблюдателя, который может следить только за выделенной малой системой, но не за окружением (окружающей средой), эволюция этой (открытой) системы будет представлять собой некоторый случайный процесс.

См. также

• Открытая система (физика)
• Открытая система (квантовая механика)
• Статистическая механика
• Квантовая механика
• Синергетика
• Диссипативные структуры
• Самоорганизация
• Термодинамическая система

Литература

• Accardi L., Lu Y. G., Volovich I. V. Quantum Theory and Its Stochastic Limit. — New York: Springer Verlag, 2002. (недоступная ссылка)
• Attal S., Joye A., Pillet C.-A. Open Quantum Systems: The Markovian Approach. — Springer, 2006.
• Davies E. B. Quantum Theory of Open Systems. Academic Press, London, 1976. ISBN 0-12-206150-0 9780122061509
• Ingarden R. S., Kossakowski A., Ohya M. Information Dynamics and Open Systems: Classical and Quantum Approach. — New York: Kluwer, 1997.
• Tarasov V. E. Quantum Mechanics of Non-Hamiltonian and Dissipative Systems. — Amsterdam, Boston, London, New York: Elsevier Science, 2008.
• Weiss U. Quantum Dissipative Systems. — Singapore: World Scientific, 1993.
• Isar A., Sandulescu A., Scutaru H., Stefanescu E., Scheid W. Open quantum systems // Int. J. Mod. Phys. — 1994. — № 3. — С. 635—714.
• H.P. Breuer, F. Petruccione, Theory of Open Quantum Systems. (Oxford University Press, 2002).

Литература на русском языке

• Холево А. С. Статистическая структура квантовой теории. — Москва, Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. — 192 с. — ISBN 5-93972-207-5. Архивная копия от 28 июня 2006 на Wayback Machine
• Квантовые случайные процессы и открытые системы / Сб. статей 1982-1984. Пер. с англ. — М.: Мир, 1988. — 223 с.
• Гардинер К. В. Стохастические методы в естественных науках. М.: Мир, 1986. 528с.
• Бройер Х.- П., Петруччионе Ф. Теория открытых квантовых систем. М.: РХД, 2010. - 824 с.
• Климонтович Ю. Л. Введение в физику открытых систем. М.: Янус-К, 2002. 284 с. ISBN 5-8037-0101-7
• Климонтович Ю. Л. Статистическая теория открытых систем. Том.1. М.: Янус-К, 1995. 624 с.
• Климонтович Ю. Л. Статистическая теория открытых систем. Т.2: Кинетическая теория плазмы. Кинетическая теория фазовых переходов второго рода. М.: Янус-К, 1999. 440 с.
• Климонтович Ю. Л. Статистическая теория открытых систем. Том.3: Физика квантовых открытых систем. М.: Янус-К, 2001. 508 с.
• Трубецков Д. И., Мчедлова Е. С., Красичников Л. В. Введение в теорию самоорганизации открытых систем. — 2-е изд. — М.: Физматлит, 2005. — 212с с.

Ссылки

• Климонтович Ю. Л. Введение в физику открытых систем. Соросовский образовательный журнал, 1996, N 8, стр.109-116. html pdf
• Климонтович Ю. Л. Энтропия и информация открытых систем. Успехи физических наук. 1999, Том.169. N.4. стр.443-452.
• Климонтович Ю. Л. Критерии относительной степени упорядоченности открытых систем. Успехи физических наук. 1996, Том.166. N.11. стр. 1231—1243.
• Журнал Открытые системы.