Glansdorff a Prigogine: Thermodynamic Theory of Structure, Stability and Fluctuation oslavuje 50-ku

LONDON – Oddelenie Interscience vydavateľstva John Willey & Sons Ltd. pred päťdesiatimi rokmi, v roku 1971 vydalo zaujímavú sumarizujúcu učebnicu o termodynamike.

Autormi munografie Thermodynamic Theory od Structure, Stability and Fluctuation sú belgický fyzik a chemik belgicky Iliya Prigogine, rusky Iľja Romanovič Prigožin (1917-2004) , syn emigrantov z cárskeho Ruska, a belgický fyzik Paul Gustave Lansdorff (1904 – 1999).

Autori sa v knihe zaoberajú zovšeobecnením termodynamické metódy fungovania nelineárnych fenomenologických zákonov. Definovali minimum vytvárania entropie.

Entropia je fyzikálna veličina, ktorá meria neusporiadanosť (náhodnosť, neporiadok, mieru neurčitosti) systému. Je jednou zo stavových veličín v termodynamike, no zavádza sa (všeobecnejšie) i v štatistickej fyzike. Jej jednotkou je J/K (Joul na Kelvin). Prvýkrát ju použil (v termodynamickom zmysle) Rudolf Clausius v roku 1850, osobitne ju popísal a pomenoval až v roku 1865.

Jeden z najdôležitejších zákonov termodynamiky, druhá veta termodynamická, hovorí, že entropia izolovanej sústavy s časom rastie. Keď teda dáme do pohára s horúcim čajom studenú lyžičku, entropia je menšia než po istom čase, kedy sa teploty vyrovnajú. Toto si môžeme vysvetliť tým, že vnútorná energia na začiatku prevažne sústredená v horúcom čaji sa neskôr rozdelila rovnomernejšie, a teda neusporiadanejšie, medzi čaj a lyžičku. No a čím vyššia neusporiadanosť, tým vyššia entropia.

Aké sú hlavné myšlienky autorov, ktoré definovali v monografii? Aký je termodynamický základ rôznych stavov nestability, či je to prechod od laminárneho k turbulentnému priebehu alebo objaveniu sa auto-kolísajúcich priebehov chemických reakcií.

A ak sa otvorený systém nachádza v podmienkach ďalekých od rovnováhy, za hranicami stability termodynamickej vetvy, môže v nej vzniknúť “štruktúra” v zovšeobecnenom zmysle tohto slova, teda časové a priestorové zefektívnenie ?

Ako sa ukazuje v monografii, princíp výroby (vytvárania) entropie je nespravodlivo vzdialený od rovnováhy. O to viac, vo všeobecnosti neexistuje termodynamický potenciál, extrémnosť ktorého by určovala správanie sa  správanie systému v nelineárnej oblasti. Autori do vedy priniesli pojem  lokálny potenciál, ktorý vstupuje ako univerzálne kritérium evolúcie a v známej miere hrá úlohu klasického termodynamického potenciálu.

Paul Gustave Lansdorf a Iľja Romnaovič Prigožin analyzujú z hľadiska termodynamiky aj biologické štruktúry, ktoré fungujú za hranicami stability termodynmickej vetvy. Tento model sa dá použiť aj na biologické systémy, hoci je neúplný.

Nevyhnutnosť podporovať stav biologického systému mimo termodynamickej vetvy si vyžaduje to, aby bola k dispozícii určitá biologická informácia.

Bez ohľadu na nedokonalosť vykladaného hľadiska, má rad príťažlivých stránok. Po prvé, spája existenciu priestorovo-časového poriadku, po druhé spája rôzne myšlienky, ktoré sa môžu zdať na prvý pohľad protirečivé. Život  viac nevyzerá  ako ostrov odporu druhému východisku termodynamiky alebo ako činnosť akýchsi démonov Maxwella. Vzniká ako dôsledok všeobecných zákonov fyziky s jemu vlastnou špecifickou kynetykou chemických reakcií, ktoré prebiehajú v podmienkach ďalekých od rovnováhy. Vďaka týmto špecifickým zákonom kynetyky toky energie a matérie vytvárajú a podporujú funkcionálny a štrukturálny poriadok o otvorených systémoch,” napísali Paul Gustave Glansdorff a Iľja Romanovič Prigožin.

Myšlienky autorov sú aj dnes použiteľné pre riešenie problémov vírusovej pandémie COVID-19.

Paul Gustave Glansdorff (1904-1999 v Uccle) bol belgický fyzik. Glansdorff navštevoval Atheneum v Sint-Gillis a v roku 1930 študoval na Slobodnej univerzite v Bruseli inžinierstvo. Potom uskutočnil výskum pre belgickú národnú vedeckú organizáciu NFWO na polytechnike v Bergene a od roku 1937 pre Union Chimique Belge, ktorého výskum viedol. V roku 1941 sa stal docentom pre termodynamiku na polytechnike v Bergene a v rovnakej funkcii v roku 1946 na Slobodnej univerzite v Bruseli (FLB), od roku 1954 ako riadny profesor. V roku 1975 odišiel do dôchodku. Po vymenovaní za profesora na FLB pokračoval aj v prednáškach na polytechnike.

Iľja Romanovič Prigožin (1917 – 2004) Narodil sa v Moskve a bol druhým synom zámožnej židovskej rodiny. Jeho otec bol podnikateľ, absolvent chemického odboru na Cisárskej moskovskej technickej škole Ruvim Abramovič Prigozhin sa narodil v meste Mohilev, v rodine hodinárskeho a klenotníckeho majstra Abrama Vuľfoviča Prigožina (1859-1911) ).

Dokázal jednu z hlavných viet lineárnej termodynamiky nerovnovážnych procesov – minimum produkcie entropie v otvorenom systéme. Pre nelineárnu doménu v spolupráci s Glensdorfom formuloval všeobecné kritérium pre vývoj Glensdorf-Prigogine. Zaviedol v práci „Znovuobjavenie času“ pojem „znovuobjavenie času“, ktorý definuje problém vysvetlenia existencie fenoménu času.  Nobelovu cenu za chémiu získal v roku 1977.