Илья Пригожин: Химия, Жизнь және Мұрасы

Кіріспе

Бельгиялық физикалық химик (1917 – 2003)

Виконт Илья Романович Пригожин (/p//r//ɪ/'/ɡ//oʊ//ʒ//iː//n/; Илья́ Рома́нович Приго́жин; 25 қаңтар 1917 [ескі стиль бойынша 12 қаңтар 1917] – 28 мамыр 2003) – орыс еврейі тегінен шыққан бельгиялық физикалық химик, диссипативтік құрылымдар, күрделі жүйелер және қайтымсыздық туралы жұмыстарымен әйгілі. Пригожин еңбегі үшін 1977 жылы химия бойынша Нобель сыйлығымен, 1955 жылы Франки сыйлығымен және 1976 жылы Рамфорд медалімен марапатталды.

Ерте өмір және оқу

Пригожин 1917 жылғы Қазан революциясынан бірнеше ай бұрын Мәскеуде еврей отбасында дүниеге келді. Оның әкесі, Рувим (Роман) Абрамович Пригожин – химиялық инженер, Императорлық Мәскеу техникалық мектебінде оқыған және сабын фабрикасының иесі болған; анасы, Юлия Вихман – пианист, Мәскеу консерваториясында білім алған. 1921 жылы жаңа советтік үкімет фабриканы мемлекеттік меншікке алғаннан кейін және азамат соғысы кезінде қауіпсіздік сезімі күшейгеннен кейін отбасы Ресейден кетіп қалды. Литвада қысқа ғана тоқтағаннан соң, олар Германияға барып, Берлинде қоныстанды; 8 жыл өткен соң, нашар экономикалық жағдай мен нацизмнің күшеуіне байланысты Брюссельге көшіп келді, онда 1949 жылы Пригожин Бельгия азаматтығын алды. Оның інісі Александр (1913–1991) – орнитолог болды. Жасөспірім шағында Пригожин музыкаға, тарихқа және археологияға қызығушылық танытты. 1935 жылы Афине д'Иксель мектебін грек және латын тілдері мамандығы бойынша бітірді. Әке-шешесі оны заңгер болуға ынталандырды, сондықтан ол алдымен Брюссельдің еркін университетінде заң факультетіне түсті. Сол кезде ол психология мен мінез-құлықты зерттеуге қызығушылық танытты; бұл тақырыптарды оқу химияға деген қызығушылықты оятып, себебі химиялық процестер сана мен денсаулыққа әсер етеді; сонымен қатар, химияны түсіндіретін физикаға да қызығушылық артты. Ол заң факультетінен бас тартты. Кейін Пригожин Брюссельдің еркін университетінде химия және физика факультетіне бірден түсті, бұл оған "ерекше табыс" әкелді; 1939 жылы екі мамандық бойынша да магистр дәрежесін алды, ал 1941 жылы Теофил де Дондердің жетекшілігімен химия ғылымдарының докторы ғылымын қорғады.

Бастапқы мансабы, Екінші дүниежүзілік соғыс

Ол өзінің ғылыми жолын Германияның Бельгияны басып алуы кезінде бастаған. 1940 жылдан бастап студенттерге жасырын дәріс оқыды. 1941 жылы университет фламандтық, нацистік идеологияны қолдайтын «Жаңа тәртіп» профессорларын оккупанттардың мәжбүрлеуімен тағайындауына наразылық білдіріп, ресми түрде жабылды; ол 1944 жылы Бельгия азат етілгенге дейін жасырын дәрістер беруді жалғастырды. Осы кезеңде ол 21 мақала жариялады. 1943 жылы Пригожин мен оның болашақ әйелі Хелен Жофе немістермен тұтқындалды; бірнеше араласулардың арқасында, соның ішінде Елизавета патшайымының көмегімен, олар бірнеше аптадан кейін босатылды. 1967 жылы Остин қаласында Термодинамика және Статистикалық механика орталығын құрды, қазір ол Күрделі кванттық жүйелер орталығы деп аталады. Сол жылы ол Бельгияға оралып, Статистикалық механика және термодинамика орталығының директоры болды. Ол көптеген ғылыми ұйымдардың мүшесі болды және көптеген марапаттар, сыйлықтар мен 53 құрметті доктор дәрежесін алды. 1955 жылы Пригожинге Дәл ғылымдар саласындағы Франки сыйлығы табысталды. Ол қайталанбайтын термодинамиканы зерттегені үшін 1976 жылы Рамфорд медалімен марапатталды, ал 1977 жылы химия саласындағы Нобель сыйлығын «тепе-теңдіксіз термодинамикаға, әсіресе диссипативтік құрылымдар теориясына қосқан үлесі үшін» алды. 1989 жылы Бельгия королі оған виконт атағын берді. Өмірінің соңына дейін ол Мюнхендегі Халықаралық ғылым академиясының президенті болды және 1997 жылы бүкіл әлемдік аккредиттеу агенттігі – қашықтықтан білім беру жөніндегі халықаралық комиссияның (CODE) негізін қалаушылардың бірі болды. 1985 жылы Пригожин Heriot Watt университетінен құрметті доктор дәрежесін алды, ал 1998 жылы Мексикадағы UNAM университетінен honoris causa доктор дәрежесін алды. Пригожин алғаш рет бельгиялық ақын Хелен Жофеге үйленді (автор ретінде Хелен Пригожин деп те танылды) және 1945 жылы олардың Ив есімді ұлы дүниеге келді. Ажырасқаннан кейін ол 1961 жылы поляк текті химик Мария Прокоповичке (Мария Пригожин деп те танылды) үйленді. 1970 жылы олардың Паскаль есімді ұлы туды. 2003 жылы ол Гуманистік манифестке қол қойған 22 Нобель сыйлығының лауреаттарының бірі болды.

He started his research career under the German occupation of Belgium. From 1940 onwards he gave clandestine lectures to students. In 1941, the university formally closed to protest the forced appointment of Flemish pro Nazi New Order professors by the occupiers; he continued giving clandestine lectures until the Liberation of Belgium in 1944. During that time window he also published 21 articles. In 1943, Prigogine and his future wife Hélène Jofé were arrested by the Germans; after multiple interventions including by the Queen Elisabeth, they were eventually released a couple of weeks later. In Austin, in 1967, he co founded the Center for Thermodynamics and Statistical Mechanics, now the Center for Complex Quantum Systems. In that year, he also returned to Belgium, where he became director of the Center for Statistical Mechanics and Thermodynamics. He was a member of numerous scientific organizations, and received numerous awards, prizes and 53 honorary degrees. In 1955, Prigogine was awarded the Francqui Prize for Exact Sciences. For his study in irreversible thermodynamics, he received the Rumford Medal in 1976, and in 1977, the Nobel Prize in Chemistry "for his contributions to non equilibrium thermodynamics, particularly the theory of dissipative structures". In 1989, he was awarded the title of viscount in the Belgian nobility by the King of the Belgians. Until his death, he was president of the International Academy of Science, Munich and was in 1997, one of the founders of the International Commission on Distance Education (CODE), a worldwide accreditation agency. Prigogine received an Honorary Doctorate from Heriot Watt University in 1985 and in 1998 he was awarded an honoris causa doctorate by the UNAM in Mexico City. Prigogine was first married to Belgian poet Hélène Jofé (as an author also known as Hélène Prigogine) and in 1945 they had a son Yves. After their divorce, he married Polish born chemist Maria Prokopowicz (also known as Maria Prigogine) in 1961. In 1970 they had a son, Pascal. In 2003 he was one of 22 Nobel Laureates who signed the Humanist Manifesto.

Зерттеу

Пригожин диссипативтік құрылымдарды және олардың тепе-теңдіктен алыс термодинамикалық жүйелердегі рөлін анықтады, бұл ашылу оған 1977 жылы химия бойынша Нобель сыйлығын әкелді. Қорыта айтқанда, Илья Пригожин химиялық жүйелерге энергияның түсуі мен таралуы ішкі өздігінен ұйымдасу нәтижесінде жаңа құрылымдардың пайда болуына мүмкіндік беретінін ашты. 1955 жылғы еңбегінде Пригожин диссипативтік құрылымдар мен Рейли-Бенард тұрақсыздығы және Тьюринг механизмі арасындағы байланысты көрсетті.

Диссипативтік құрылымдар теориясы

Диссипативтік құрылымдар теориясы өзін-өзі ұйымдастыру жүйелері саласындағы жаңа зерттеулерге, сондай-ақ биологиялық организмдердегі күрделіліктің қалыптасуына қатысты философиялық сараптамаларға және табиғат ғылымдарында уақыттың шығармашылық және қайтымсыз рөлін анықтауға ықпал етті. Профессор Роберт Германмен бірлесіп, ол екі сұйықтық моделінің негізін қалады, бұл қалалық желілердегі көлік жүйелерін модельдеуге арналған көлік инженериясы моделі, классикалық статистикалық механикадағы екі сұйықтық моделімен салыстырылады. Пригожиннің өзін-өзі ұйымдастыру жөніндегі формалды тұжырымы жалпы жүйелер теориясы мен термодинамика арасындағы "қосымша байланыс" ретінде пайдаланылды, кейбір маңызды жүйелер теориясы ұғымдарының тұмандылығын ғылыми дәлдікпен үйлестірді.

Физикадағы шешілмеген проблемалар бойынша жұмыс

Кейінгі жылдары оның жұмысы классикалық және кванттық деңгейдегі сызықты емес жүйелердегі белгісіздіктің (индетерминизмнің) негізгі рөліне қанағаттанды. Пригожин және оның әріптестері кванттық механиканың Лиувилл кеңістігіне кеңейтілген нұсқасын ұсынды. Лиувилл кеңістігі – ішкі көбейтіндімен жабдықталған, Гильберт кеңістігінде әрекет ететін (өздік-қосымша) сызықтық операторлар жиынынан құралған векторлық кеңістік. Әр сызықтық операторды Лиувилл кеңістігіне бейнелеуге болады, бірақ Лиувилл кеңістігінің әрбір өздік-қосымша операторының Гильберт кеңістігінде баламасы жоқ, және осы тұрғыдан Лиувилл кеңістігі Гильберт кеңістігіне қарағанда байырақ құрылымға ие. Пригожин мен оның әріптестерінің Лиувилл кеңістігін кеңейту ұсынысы термодинамиканың уақыт бағытының мәселесін және кванттық механиканың өлшеу мәселесін шешуге бағытталған. Пригожин Изабель Стенджерспен бірлесіп "Күдіктің соңы" және "Жаңа одақ" ("Хаостан тәртіп") кітаптарының авторы болды.

Қауіпсіздіктің соңы

1996 жылы Изабел Стенджерспен бірлесіп жазған және 1997 жылы ағылшын тілінде "Керектіліктің соңы: уақыт, хаос және табиғаттың жаңа заңдары" деп жарияланған "La Fin des certitudes" атты кітабында Пригожин детерминизм енді ғылыми сенім емес деп санайды: "Ғалам туралы біз неғұрлым көп білсек, детерминизмге сену соғұрлым қиын болады". Бұл Ньютон, Эйнштейн және Шредингердің ұстанымдарынан елеулі айырмашылық, олардың барлығы өз теорияларын детерминистік теңдеулер арқылы түсіндірген. Пригожин пікірінше, детерминизм кері қайтарылмаушылық пен тұрақсыздыққа тап келгенде түсіндіру қабілетін жоғалтады. Пригожин детерминизм туралы пікір таласын Дарвинге дейін жетеді, оның дамушы популяцияларға сәйкес жеке өзгергіштікті түсіндіру әрекеті Людвиг Болцманды газдардың мінез-құлқын жеке бөлшектер емес, бөлшектердің популяциясы тұрғысынан түсіндіруге ықпалдастырды. Бұл статистикалық механиканың пайда болуына және газдардың кері қайтарылмайтын процестерге ұшырайтынын түсінуге әкелді. Детерминистік физикада барлық процестер уақыт бойынша қайтымды, яғни олар уақыт арқылы кері де, алға да жүре алады. Пригожин түсіндіргендей, детерминизм – уақыт жебесін жоққа шығарумен тең. Уақыт жебесі болмаса, "өткеннен" кейін және белгісіз "болашақтан" бұрын келетін "қазіргі" деп аталатын ерекше сәт болмайды. Уақыттың бәрі берілген, болашақ өткендей анықталған немесе анықталмаған. Кері қайтарылмаушылықпен физикаға уақыт жебесі қайтадан енгізілді. Пригожин диффузия, радиоактивті ыдырау, күн сәулесі, ауа райы және өмірдің пайда болуы мен эволюциясы сияқты кері қайтарылмаушылықтың көптеген мысалдарын келтіреді. Ауа райы жүйелері сияқты организмдер де термодинамикалық тепе-теңдіктен алыс орналасқан тұрақсыз жүйелер болып табылады. Тұрақсыздық стандартты детерминистік түсіндіруге қарсы тұрады. Керісінше, бастапқы жағдайларға сезімталдық салдарынан тұрақсыз жүйелерді тек статистикалық тұрғыдан, яғни ықтималдық арқылы ғана түсіндіруге болады. Пригожин Ньютон физикасының қазір үш рет "толықтырылғанын" айтады: біріншіден, жалпы салыстырмалылық теориясында кеңістік-уақытты енгізу арқылы, екіншіден, кванттық механикада толқындық функцияны қолдану арқылы және үшіншіден, тұрақсыз жүйелерді зерттеуде детерминизмді мойындау арқылы (хаос теориясы).

In his 1996 book, La Fin des certitudes, written in collaboration with Isabelle Stengers and published in English in 1997 as The End of Certainty: Time, Chaos, and the New Laws of Nature, Prigogine contends that determinism is no longer a viable scientific belief: "The more we know about our universe, the more difficult it becomes to believe in determinism." This is a major departure from the approach of Newton, Einstein and Schrödinger, all of whom expressed their theories in terms of deterministic equations. According to Prigogine, determinism loses its explanatory power in the face of irreversibility and instability. Prigogine traces the dispute over determinism back to Darwin, whose attempt to explain individual variability according to evolving populations inspired Ludwig Boltzmann to explain the behavior of gases in terms of populations of particles rather than individual particles. This led to the field of statistical mechanics and the realization that gases undergo irreversible processes. In deterministic physics, all processes are time reversible, meaning that they can proceed backward as well as forward through time. As Prigogine explains, determinism is fundamentally a denial of the arrow of time. With no arrow of time, there is no longer a privileged moment known as the "present," which follows a determined "past" and precedes an undetermined "future." All of time is simply given, with the future as determined or as undetermined as the past. With irreversibility, the arrow of time is reintroduced to physics. Prigogine notes numerous examples of irreversibility, including diffusion, radioactive decay, solar radiation, weather and the emergence and evolution of life. Like weather systems, organisms are unstable systems existing far from thermodynamic equilibrium. Instability resists standard deterministic explanation. Instead, due to sensitivity to initial conditions, unstable systems can only be explained statistically, that is, in terms of probability. Prigogine asserts that Newtonian physics has now been "extended" three times: first with the introduction of spacetime in general relativity, then with the use of the wave function in quantum mechanics, and finally with the recognition of indeterminism in the study of unstable systems (chaos theory).

Жарияланымдар

Дефай, Р. & Пригожин, И. (1966). Жер бетінің кернеуі және адсорбциясы. Longmans, Green & Co. LTD.

Пригожин, И. Тепе-теңдіксіз жағдайдағы материяның мінез-құлқы: Энергияға бағытталған мәселелердегі негізгі аспектілер мен қолданылуы. АҚШ Энергетика департаментінің прогресс есептері: 1984 жылдың қыркүйегі – 1987 жылдың қарашасы (1987 жылдың 7 қазаны). Техас университетінің Остин қаласындағы физика кафедрасы. 1988 жылдың 15 сәуірі – 1989 жылдың 14 сәуірі (1989 жылдың қаңтары), Техас университетінің Остин қаласындағы статистикалық математика зерттеу орталығы. 1990 жылдың 15 сәуірі – 1991 жылдың 14 сәуірі (1990 жылдың желтоқсаны), Техас университетінің Остин қаласындағы статистикалық механика және күрделі жүйелер зерттеу орталығы. Пригожин, И. "Уақыт, динамика және хаос: Пуанкаренің "Интеграцияланбайтын жүйелерінің" интеграциясы", Техас университетінің Остин қаласындағы статистикалық механика және күрделі жүйелер зерттеу орталығы, АҚШ Энергетика министрлігінің Энергетика зерттеулер кеңсесі, Еуропалық қауымдастықтар комиссиясы (1990 жылдың қазаны). Джон Уайли және ұлдары баспасынан шыққан Химиялық физикадағы жетістіктер кітап сериясының редакторы (Стюарт А. Райспен бірге) (қазіргі кезде 140-тан астам том). Пригожин, И. (мақалалар мен сұхбаттар) Болашақ берілген бе?, World Scientific, 2003. (145 бет).

Термодинамика бойынша Илья Пригожин сыйлығы

Термодинамика бойынша Илья Пригожин сыйлығы 2001 жылы құрылған және 2003 жылы қайтыс болғанға дейін Илья Пригожиннің өзі оған демеушілік етті. Ол Еуропалық термодинамика ортақ конференциясы (JETC) барысында екі жылда бір рет табыс етіледі және термодинамиканың барлық салаларын қамтиды (қолданбалы, теориялық және эксперименттік, сондай-ақ кванттық термодинамика және классикалық термодинамика).