Новая монография старшего научного сотрудника Сколтеха Сергея Абаимова (Центр Сколтеха по перспективным конструкциям, технологическим процессам и материалам) посвящена вопросу применимости статистической физики к нетепловым сложным системам и явлениям.

Книга Сергея Абаимова «Статистическая физика нетепловых фазовых переходов» посвящена тому, как выстраивать аналогии между статистической физикой и такими явлениями, как землетрясения, сходы снежных лавин и оползни, неисправности инженерных конструкций и экономические кризисы. Понимание этого вопроса может помочь в предотвращении подобных катастроф

Статистическая физика описывает широкий спектр явлений и систем, силы взаимодействия в которых имеют различную природу: механическую, электромагнитную, ядерную и так далее. Объединяет эти системы то, что их принадлежность к статистической физике требует присутствия тепловых флуктуаций. В этом смысле такие явления обязательно содержат термодинамический аспект.

Тем временем, вторая половина последнего столетия была ознаменована открытием так называемых «сложных систем». Эти системы относятся к механике материалов, химии, биологии, экологии, геологии, экономике, социальным и другим наукам, и их, как правило, объединяет отсутствие таких концепций, как температура или энергия. Вместо этого их поведением управляют стохастические законы нетермодинамического характера, поэтому такие системы можно назвать нетепловыми. Тем не менее, несмотря на принципиальное отличие от статистической физики, было обнаружено, что поведение сложных систем – например, обвалы фондового рынка, революции в обществе и науке, разрушение инженерных конструкций, землетрясения, катастрофы, дорожные пробки, самоорганизованная критичность и многие другие – напоминают поведение термодинамических систем. В частности, многие из этих систем имеют фазовый переход, идентичный критическим или спинодальным явлениям статистической физики.

Применение хорошо развитого формализма статистической физики к нетепловым сложным системам может помочь объяснить такие явления, как нефтяные кластеры, полимеризация, механизм ДНК, информационные процессы, дорожные пробки, клеточные автоматы и так далее. Не исключено также, что ученые в будущем смогут предсказывать и предотвращать землетрясения, сходы снежных лавин и оползни, неисправности инженерных конструкций, экономические кризисы и так далее.

Монография построена на сравнении тепловых и нетепловых систем. В качестве примера термодинамической системы обычно приводится модель Изинга, тогда как нетепловые системы обычно представлены явлениями перколяции и разрушения. Эти системы последовательно сравниваются: от уравнения фазового состояния к термодинамическому потенциалу, от корреляций к восприимчивости, от подхода среднего поля к ренормализационной группе, и в результате обнаруживается, что у них не только схожие правила поведения, но, что еще важнее, методы решений. Читатель увидит, что при разработке концепции восприимчивости или создании ренормализационной группы, хотя каждый раз мы начинаем с рассмотрения определенной системы, подход всегда основывается на формализме статистической физики и поэтому не зависит от рассматриваемой системы.

Эта монография стала результатом десяти лет исследований, проведенных автором в Сколковском институте науки и технологий, Московском физико-техническом институте, Университете штата Пенсильвания и Калифорнийском университете, а также пяти лет преподавания в Сколковском институте науки и технологий и на факультете теоретической физике в Московском физико-техническом институте. Эти курсы лекций читаются в перечисленных университетах в рамках аспирантуры.

Контакты:
Skoltech Communications
+7 (495) 280 14 81