Ракин В.И.  

Принцип Кюри в неравновесной системе

Известно, что в замкнутой термодинамической (макроскопической) системе согласно второму началу термодинамики все естественные процессы протекают в направлении конечного равновесного состояния с максимальным значением энтропии. Поэтому принцип Кюри в замкнутой системе обретает однозначную детерминированную форму причинно-следственной связи симметрии физического окружения с симметрией явления – "Если определенные причины вызывают соответствующее следствие, то элементы симметрии причин должны проявляться в вызванных ими следствиях. Если в каких-то явлениях обнаруживается определенная диссимметрия, то эта же диссимметрия должна проявляться в причинах их породивших" (П. Кюри "О симметрии в физических явлениях: симметрия электрического и магнитного полей", статья написана в 1894 году). Вслед за П.Кюри, сформулировавшего в этих словах свою идею максимально прямолинейно, данный вариант толкования принципа симметрии–диссимметрии и сегодня обсуждается как основной.
С другой стороны в открытой системе, как известно, случайные процессы могут приводить к разным явлениям, непрерывно и без конца сменяющим друг друга. Флуктуации могут суммироваться и постепенно нивелироваться, но, во всяком случае, однозначность результата наблюдаемого в текущий момент времени не гарантирована.
Ярким примером открытой системы может служить природная гидротермальная система, блещущая широким спектром симметрий реальных кристаллов–многогранников. Если рост кристаллов в гидротермальных растворах, протекающих в горных породах по системе тектонических трещин не прекращается, то в конечном итоге формируются жильные тела, полностью заполняющие трещины без образования гранных форм индивидов. Но если в какой-то момент новые разрывные нарушения горных пород прерывают движение раствора и он заменяется на паровую фазу, то в этом случае сохраняется естественная огранка кристаллов, демонстрирующая их динамическую форму. Именно такие природные кристаллы, процесс роста которых в открытой системе был внезапно прерван, иллюстрируют гранные формы в экспозициях минералогических музеев Мира.
Как правило, принцип Кюри в его жестко детерминированной версии обсуждается именно на таких природных формах кристаллов (Шафрановский, 1968), что, по сути, представляет собой подмену открытой термодинамической системы на замкнутую. Известно, что симметрийный принцип Кюри был сформулирован в эпоху господства классической равновесной термодинамики. Достаточно вспомнить, что имя Кюри носит и термодинамический принцип Гиббса–Кюри о минимуме поверхностной энергии равновесной формы кристалла, выводящийся из второго начала термодинамики.
На сегодняшний день вопрос о формах представления симметрийного принципа Кюри для открытой термодинамической системе остается не решенным.
Пьер Кюри в своей основополагающей статье заметил: "Некоторые причины диссимметрии могут не оказывать влияния на некоторые явления или, по крайней мере, могут иметь настолько слабое действие, что его нельзя обнаружить, а это практически равносильно отсутствию действия" (Кюри, 1966). Он допускал, что в системе, где случайные процессы играют важную роль, принцип симметрии может проявить себя особенным образом. Но эта мысль осталась не раскрытой.
Нельзя не согласиться с Д. К. Максвеллом в том, что истинная логика нашего мира – это подсчет вероятностей. Ранее нами было показано, что в открытой стационарной минералообразующей системе кристаллы-октаэдры любых минералов и в том числе кристаллы природного алмаза демонстрируют пять морфологических типов 8-гранников, идеальная симметрия которых описывается группами – m, mm2,   и  . (Ракин и др. 2016). В рамках открытой системы наиболее важное значение имеет интерпретация принципа Кюри для стационарного процесса, для которого можно достаточно строго описать ход развития событий в терминах вероятности и при условии, что фактор диссимметрии существовал лишь в течении ограниченного отрезка времени в ходе процесса. Например, нами было показано, что диссимметрия питания природных кристаллов алмаза согласно предельной группе /mm присутствует в том случае, если размеры кристаллов гораздо меньше средних размеров зерен породообразующих минералов. Постепенно по мере роста кристаллов алмаза фактор диссимметрии исчезает и, таким образом, учитывая принцип Кюри, можно оценить средний размер зерен мантийных минералов (Ракин и др., 2016). Аналогичные результаты получены и по кварцу и цирконам. Они будут представлены в докладе.
Литература:
Кюри П. Избранные труды. М.–Л.: Наука, 1966. 399 с.
Ракин В.И., Помазанский Б.С., Ковальчук О.Е. Структура мантийных алмазоносных пород и кристалломорфология алмаза // ЗРМО, 2016, № 4, С. 103–117.
Шафрановский И.И. Симметрия в природе. Л.: Недра, 1968. 184 с.