Заключение

Изучая физическую систему, на первых порах обычно исследуют условия, при которых она может существовать достаточно долгое время без изменений, т.е. является устойчивой. Поэтому неустойчивости различного вида, в частности характерные для газа турбулизация и конвективная неустойчивость, рассматривались в первую очередь как факторы, вносящие беспорядок и мешающие сохранению стабильности системы. Это относилось также к астрофизическим системам. По мере того, как переходят к исследованию эволюции тех или иных объектов, взгляды на роль неустойчивости изменяются. Оказывается, что именно неустойчивость в неравновесной системе может приводить к образованию более сложной упорядоченной структуры. Такое изменение взглядов, происходящее в настоящее время, отчетливо выражено в высказывании (И.Пригожин и И.Стенгерс "Время, хаос, квант." М., 1994): "Кто бы мог предсказать тридцать лет назад, что неравновесность приводит к самоорганизации в том виде, в каком мы наблюдаем ее в гидродинамических неустойчивостях типа ячеек Бенара." Ряд примеров самоорганизации в астрофизических системах (для них уместнее говорить о структуризации) приведен во второй — четвертой главах данной книги.

Астрофизические объекты — звезды, межзвездная среда, галактики — представляют собой диссипативные системы и лишь на достаточно малых временах могут рассматриваться как изолированные. Физическое строение такой системы описывается нелинейными дифференциальными уравнениями, в которых учитывается взаимосвязь между происходящими в ней процессами. Уравнения содержат параметры, от значений которых зависит, в каком состоянии система находится. При изменении этих параметров и достижении ими критических значений она становится неустойчивой и переходит в другое состояние. Эволюция диссипативной системы не может быть предсказана однозначно. Невозможность точно предусмотреть результат ее эволюции обусловлена, как об этом подробно говорилось в главе 1, характером описывающих ее нелинейных уравнений и следующим из них образованием странных аттракторов. Поэтому результаты сколь угодно точных модельных расчетов эволюции могут служить лишь указанием на возможность реализации модели, т. е. имеют вероятностный характер.

То, какой вид неустойчивости является определяющим для структуризации в данной системе, зависит от ее свойств. Турбулизация в потоке однородной жидкости наступает в зависимости от одного параметра — числа Рейнольдса. Возможность образования предельного цикла в газе, подверженном тепловой неустойчивости, зависит от значений температуры и плотности в эволюционирующем газе. Большое усложнение в процессе структуризации и, естественно, в решении соответствующих задач вносит действие самогравитации, которая может при определенных условиях сама по себе приводить к фрагментации газовой среды и образованию в ней конденсаций.

При эволюции диссипативной системы возникает динамический хаос, что делает возможным образование фрактальной структуры. Возникновение таких структур подтверждается экспериментально для многих физических систем. Фрактальные свойства обнаруживаются и в астрофизических системах, в частности у межзвездных молекулярных облаков Галактики. При учете действия самогравитации в изучении фрактальных структур возникают принципиальные трудности. Такие структуры неаналитичны, и к системе фрактальных объектов газодинамические методы неприменимы. Вместе с тем гравитационные взаимодействия описываются аналитическими выражениями — потенциал тяготения является непрерывной функцией во всем пространстве, кроме занимаемого конкретными телами. Преодоление указанной трудности требует нового подхода к решению эволюционных задач в космической газодинамике.

Указатель литературы

(см. скан)

(см. скан)