Ещё о кристаллах

[mns2012]

Выращенный нами с Алёшей кристалл дигидрофосфата аммония NH₄H₂PO₄

(добавлен синий краситель, естественные кристаллы прозрачны)

Обсуждение предыдущей записи вырулило на вопрос, связанный с детерминизмом, флуктуациями макросостояния термодинамических систем и даже со свободой воли. Мне кажется, это интересно. Помещаю в отдельную запись.

Почему нет детерминизма и почему был неправ Лаплас? Почему не может быть двух одинаковых кристаллов одного и того же химического соединения?

Ответ нам предлагает статистическая механика: всё дело во флуктуациях, или малых изменениях температуры, давления, плотности, энтропии (то есть того, что принято называть функциями макросостояния термодинамической системы — состояния больших групп частиц вещества). Собственно, существование таких функций для рассматриваемой системы есть признак того, что она является термодинамической. Даже в определении трд системы как таковой участвует понятие температуры (я имею в виду так называемое нулевое начало термодинамики).

• А бывают ведь и такие системы, которые не могут считаться термодинамическими. Например, вселенная целиком вследствие наличия гравитации не может рассматриваться термодинамической системой. Действительно, что нам может дать средняя температура по вселенной? Ничего физически осмысленного. Я помню, даже видел где-то аналог энтропии для гравитирующей системы частиц, нечто совсем не похожее на обычную энтропию. Если очень захотеть и покопаться у меня в давних записях, то можно найти, я точно на этот материал ссылался раньше.


• Я какое-то время назад полемизировал с одним верующим сторонником энтропии, который почему-то думал, что проявление флуктуаций есть нечто магическое, с чем надо просто-таки-напросто-таки нещадно бороться. Не знаю, мне так не кажется. Мир таков, каким его создал Бог. Мир красив и сложен. И флуктуации добавляют в нашу картинку много интересного. Например, второе начало, о ужас, может кратковременно и локально нарушаться. У моего оппонента было нечто вроде когнитивного взрыва, когда он узнал об энтропийной асимптотике. Много в нашем мире интересного. И чем больше мы узнаём о нём, тем больше поводов у нас восторгаться величием Творца и Его замысла.

Так вот, получается, что даже при всех идеальных условиях (при отсутствии примесей и инородных частиц в растворе и при точном повторении начальных условий роста), нельзя вырастить два совершенно одинаковых по форме кристалла уже в силу того, что проявляются тепловые флуктуации, не говоря уже о других факторах.

"Флуктуации условий роста вызывают в кристалле термические и механические напряжения. К последним особенно чувствительны кристаллические зародыши. Одно тепловое движение способно деформировать зародыши, благодаря чему возникают дислокации, которые затем переходят в растущий кристалл."

О. Колганова, Дефекты в кристаллах, Москва, МГУ, 2008 г..

Можно ещё посмотреть здесь.