Открытая система (статистическая механика)

Открытая система в статистической механике — механическая 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.

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.

Источник: Википедия

Упоминания в литературе

Система может быть охарактеризована как замкнутая система в том случае, если элементы данной системы не связаны с какими бы то ни было внешними по отношению к ней объектами. Например, вечный двигатель, продолжающий работать за счет уравновешивания грузов без какого-либо влияния со стороны среды, в которой он работает. Для сравнения, открытая система характеризуется тем, что через границу открытой системы может происходить беспрепятственный обмен веществом, информацией и/или энергией между системой и внешней средой.

Гарольд «Бад» Лоусон, Путешествие по системному ландшафту

При описании явлений неживой природы функционалы wi действительно всегда ранжированы, причем первое место принадлежит законам сохранения. Различные связи – голономные, неголономные – и любые другие ограничения имеет смысл рассматривать лишь для тех систем, для которых выполнены законы сохранения. Среди всех таких ограничений особое место для открытых систем занимает принцип минимума роста энтропии (минимума диссипации энергии). Он как бы замыкает цепочку принципов отбора: если законы сохранения, кинематические и прочие ограничения еще не выделяют единственной траектории развития системы, то заключительный отбор производит принцип минимума диссипации. Вероятно, именно он играет решающую роль в появлении более или менее устойчивых неравновесных структур.

Н. Н. Моисеев, Алгоритмы развития, 1987

При описании явлений неживой природы функционалы [Wi] действительно всегда ранжированы, причем первое место занимают законы сохранения: ничто не может нарушить законы сохранения массы, импульса, энергии… Различные связи – голономные, неголономные и любые другие ограничения имеет смысл рассматривать лишь для систем, для которых законы сохранения выполнены. Среди всех таких ограничений особое место для открытых систем занимает принцип минимума роста энтропии или минимума диссипации энергии. Он как бы замыкает цепочку принципов отбора: если законы сохранения, кинематические и прочие ограничения еще не выделяют единственной траектории развития системы, то заключительный отбор производит принцип минимума диссипации. Вероятно, именно он играет решающую роль в появлении более или менее устойчивых неравновесных структур в общем процессе самоорганизации материи.

Н. Н. Моисеев, Человек и ноосфера, 1990

Региональные социально-экономические системы по своим сущностным характеристикам относятся к открытым системам, то есть на входе – поступление ресурсов (материальных, финансовых, трудовых, капитала), внутри региональной системы – процесс (региональное социально – экономическое развитие), а на выходе – взаимодействие в другими региональными системами и вышестоящей системой. Основной характеристикой открытой региональной системы является е неустойчивость, то есть она в значительной степени подвержена влиянию внешнего воздействия. В результате согласованного взаимодействия происходят процессы упорядочения, возникновения из хаоса определенных структур, их преобразования и усложнения. Чем больше отклонение от равновесия, тем больший охват корреляциями и взаимосвязями, тем выше согласованность процессов, а сами процессы характеризует нелинейность, наличие обратных связей и связанные с этим возможности управляющего воздействия на систему [79].

Алексей Николаевич Герасимов, Северо-Кавказский федеральный округ: оценка состояния и перспектив социально-экономического развития, 2014

Другим методологическим ориентиром нашего исследования является синергетический подход, который имеет универсальный, общеметодологический характер и применим для постижения закономерностей, происходящих в сложных социальных системах. Появление этого подхода связано с работами по термодинамике неравновесных систем И.Р. Пригожина и Г. Хакена, давшего изученным им эффектам самоорганизации в лазерном излучении название «синергетика» (с греческого – совместное, согласованное действие). Синергетический подход основан на таких понятиях, как нелинейность, неустойчивость, непредсказуемость, альтернативность развития. В рамках этого подхода окружающий мир предстает как открытая система, в которой постоянно происходят циркуляция и обмен энергией, веществом, информацией. Картина этого мира описывается в терминах постоянной изменчивости, глубинной взаимосвязи случайности и необходимости, хаоса и порядка. При подобном состоянии открытых систем возникает необходимость выбора направления движения или вектора развития. Одним из важных принципов синергетики выступает принцип нелинейности, предполагающий множественность путей развития или эволюции. С принципом нелинейности сложных открытых систем связана их возможность саморазвития и самоорганизации. Считается, что сложная открытая система может сама себя строить, структурировать, вносить коррективы и изменения. Однако при этом подтверждается важность правильного инициирования тенденций саморазвития системы. Есть определенная область параметров или стадий, где нелинейная сложная открытая система особенно чувствительна к воздействиям, согласованным с ее внутренними свойствами, что обозначается как «резонансное воздействие». Теория резонансного воздействия свидетельствует о том, что важна не сила воздействия, а его правильная пространственная организация, или симметрия, тогда даже слабое воздействие эффективно.

Юлия Разенкова, Система ранней помощи: поиск основных векторов развития, 2011

Открытая система характеризуется взаимодействием с внешней средой. Такая система не является самообеспечивающейся, она зависит от энергии, информации, материалов, которые поступают извне. Открытая система должна иметь способность приспосабливаться к изменениям во внешней среде, чтобы продолжать свое функционирование.

Н. В. Угрюмова, Теория менеджмента, 2016

• сложные системы являются открытыми системами, т. е. обменивающимися веществом, энергией и/или информацией с окружающей средой. Границы сложной системы порой трудно определить (видение ее границ зависит от позиции наблюдателя);

Е. Н. Князева, Энактивизм: новая форма конструктивизма в эпистемологии, 2014

Таким образом, в концепции развития объектов базовым теоретическим элементом полагается отдельный развивающийся объект, его связи и взаимодействия, его целостность, внутренняя самодетерминация развития (саморазвитие) при необходимом условии открытости внешнему миру и осуществления функционирования и развития как открытой системы, потребляющей из внешнего мира вещество, энергию, информацию и отдающей их во внешний мир в качестве продуктов жизнедеятельности с понижением качества и ростом энтропии (что установлено в синергетике).

Александр Селиванов, Развитие объектов. Наука управления будущим, 2016

Однако обращение к энциклопедии [134] позволяет сделать вывод о том, что равновесие – некоторое состояние стабильности под воздействием равных противоположных сил (например, равновесие между спросом и предложением). Социально-экономическая система является открытой системой, подверженной влиянию множества разнонаправленных сил, а динамическое равновесие выступает одним из моментов состояния системы.

Т. В. Ускова, Управление устойчивым развитием региона, 2009

В ходе взаимодействия – в основе своей интенционально-энергетического (а не информационного!) – открытые системы переходят из суперпозиционных состояний в смешанные. Причём, что чрезвычайно важно, имеют место и обратные переходы, от смешанных состояний к чисто-квантовым, суперпозиционным. Для обозначения этих обратных переходов в КМ используется термин рекогеренция. Базовым условием рекогеренции выступает сворачивание взаимодействия системы, опять же, прежде всего, интенционально-энергетического, с окружением.

А. А. Пелипенко, Избранные работы по теории культуры, 2014

С внедрением теории систем в теорию организации все организации рассматриваются открытыми системами. Они имеют способность приспосабливаться к изменениям внешней среды и должны это делать для устойчивого функционирования.

В. В. Борисова, Теория организации, 2014

Организации, как правило, представляют собой системы открытого типа, поэтому зависимы от внешней среды, которая характеризуется:

В. В. Кафидов, Современные методологические подходы к стратегическому управлению и развитию городов различных типов, 2015

4. Активное внедрение в социальное познание идей и методов синергетики и возрастание в связи с этим статистически-вероятностных методов и приемов. Повышается внимание к случайным, неопределенным, нелинейным процессам, к нестабильным открытым системам.

В. Э. Вечканов, Культурология. Учебное пособие для вузов, 2009

Для восприятия сигналов из внешней среды и передачи их внутрь системы всякая открытая система обладает рецепторами (датчиками или преобразователями). У животных, как у кибернетической системы, рецепторами являются органы чувств – осязание, зрение, слух и иное, у автоматов – датчики: тензоме-трические, фотоэлектрические, индукционные и т. д.

В. А. Подколзина, Медицинская физика, -1