V. Системы равновесия.

Выражением структурной устойчивости является «закон равновесия», формулированный Ле–Шателье для физических и химических систем, но в действительности тектологический, т. — е. универсальный.

Системой равновесия можно назвать такую, которая сохраняет свое данное строение в данной среде. Обычная иллюстрация — весы в их спокойном состоянии. Если на одну чашку их произведено давление, напр., положена гирька, то эта чашка начинает опускаться, а другая подниматься, и коромысло из горизонтального становится наклонным: структурное изменение. Но по мере того как оно происходит, в самой системе возникает противодействие ему: чашка с гирькой падает с замедлением, и только до известного предела, за которым начинается даже обратное движение, и после ряда колебаний устанавливается новое, измененное равновесие, определяемое простыми механическими условиями.

Иллюстрация более сложная: вода и лед в одном сосуде при 0°С, т. — е. при температуре замерзания и таяния. Если нагревать сосуд, то часть льда поглощает притекающую тепловую энергию, переходя в воду, и этим противодействует нагреванию: температура смеси поддерживается прежняя, пока не растает весь лед. А если, вместо нагревания, ту же смесь подвергнуть повышенному давлению, то часть льда, переходя опять–таки в воду, об'ем которой меньше, тем самым противодействует повышению давления внутри смеси. Смесь жидкой и твердой ртути в случае нагревания реагирует также таяньем, противодействующим изменению температуры; но на повышенное давление реакция противоположная — часть ртути замерзает. Почему? Потому что ртуть, как и огромное большинство тел, в твердом виде занимает об'ем меньший, чем в жидком, и следовательно, росту давления в смеси противодействует не таяние, а замерзание ртути; оно и происходит; вода, по исключению, представляет противоположные отношения об'ема, поэтому то же противодействие достигается обратным путем[36]. Если в электрическом проводнике циркулирует постоянный ток, то всякое изменение этого тока вызывает так назыв. самоиндукцию, которая направлена противоположно этому изменению, уменьшает его, и т. под.

Закон Ле–Шателье формулируется так:

если система равновесия подвергается воздействию, изменяющему какое–либо из условий равновесия, то в ней возникают процессы, направленные так, чтобы противодействовать этому изменению.

Уже давно из опыта известно, что закон этот действителен не только для физических и химических систем, но и для многих других. Так, живые организмы в обычных условиях относятся к внешним воздействиям подобным же образом. Если человеческое тело подвергать охлаждению, в нем немедленно начинают усиливаться окислительные и другие химические процессы, развивающие теплоту; если же нагревать его извне, то повышается потоотделение с испарением, поглощающим теплоту. Таков же смысл «с'еживания» от холода, при чем уменьшается поверхность охлаждения; и когда черепаха прячется, при всяких неблагоприятных влияниях, в свой щиток, это, опять–таки, уменьшение поверхности внешнего воздействия. — Согласно закону Вебера — Фехнера, по мере роста внешнего раздражения ощущение растет не в такой же мере, а только пропорционально его логарифму, т. — е. сравнительно все медленнее[37]; это означает, что вместе с силой внешнего раздражения возрастает, все быстрее, сопротивление ему, так что до нервных центров энергия наиболее сильных раздражений доходит в наименьшей доле; иначе эти центры, с их тонкой чувствительностью, зависящей от нежного строения, быстро разрушались бы. Так, наше зрение еще воспринимает свет звезды 6 величины; но световое раздражение от солнечного диска приблизительно в четыре миллиона миллионов раз значительнее; какой мозг был бы способен выдерживать непосредственно такие различия силы воздействий?

Можно путем простого анализа показать, что закон равновесия применим ко всякой системе, сохраняющей свое данное строение в данной среде. Начнем со сравнительно простого и весьма типичного примера, системы — «вода и лед при 0°С». Пусть она подвергается нагреванию. Согласно современной научной символике, это значит, что колебания молекул в окружающей среде становятся более энергичными, и их удары, передающиеся молекулам воды и льда — более сильными. Эта энергия движения частиц, выражающаяся в их «температуре», есть активность одного порядка с их сцеплением, способна с ним кон'югировать, парализуя его. Так здесь и происходит.

Нагревшиеся молекулы воды своими усилившимися ударами передают избыток своей энергии движения пограничным молекулам льда. Избыток этот парализуется активностями сцепления льда, пока не уравняется с ними; а тогда получается полная дезингрессия, которая, как мы знаем, вызывает разрыв связи: поверхностная частица льда отрывается, переходит в массу жидкой воды. Вся избыточная тепловая энергия, приобретенная частицею до того момента, ушла на борьбу с активностями сцепления, на то, чтобы парализовать их; поэтому кинетическая энергия самой частицы оказывается не больше, чем была, и попрежнему измеряется температурой 0°. То же происходит и со следующими частицами льда. Таким образом, при нагревании общей массы воды, в пограничной со льдом области поддерживается прежний уровень 0°, противодействуя этому нагреванию, пока не исчезнет весь лед.

Если дело идет не о нагревании, а о повышающемся давлении, то это означает, что кинетическая энергия частиц окружающей среды в среднем для каждой частицы не увеличивается, но увеличивается число их ударов, действующих на пограничную область данной системы. И здесь, от частиц к частицам прибавляющиеся активности давления передаются внутрь ее. Они увеличивают частоту столкновений между частицами, стремясь, тем самым уменьшить размах их движений. И опять–таки, эти вливающиеся активности способны кон'югироваться и вступать в дезингрессию со сцеплением молекул льда; при дезингрессии они, как и в том случае, их отрывают и присоединяют к жидкости, а так как об'ем воды меньше, чем об'ем льда, то давление тем самым уменьшается.

Но, как уже упоминалось, вода — исключение. Если взять другую подобную систему, напр., «твердая ртуть — жидкая ртуть», то наблюдается прямо противоположное. Добавочные активности давления вступают в дезингрессию не со сцеплением частиц твердого тела системы, а с активностями, противодействующими сцеплению в жидкости. Давление уменьшает амплитуду (размах) движения частиц жидкости, так что эта амплитуда становится меньше расстояния между частицами, и они колеблются уже не заходя друг за друга, не перемешиваясь свободно, а удерживаясь около одного среднего положения: так именно движутся частицы твердого тела. Происходит замерзание некоторой доли жидкости; при этом об'ем ее, однако, уменьшается, что, как в предыдущем случае таянье льда, уменьшает давление.

Почему же активности одного рода — сила давления — парализуют, путем дезингрессии, в двух разных случаях не одинаковые, а прямо противоположные активности, как бы выбирая те, которые надо по закону Ле–Шателье? — Дело именно в выборе и есть, только не в сознательном, разумеется, а в стихийном подборе.

Молекулярные движения научная теория представляет в виде бесчисленных и разнообразно направленных «безконечно малых» активностей. Если в систему вступают извне новые такие активности, то, очевидно, следует принять всевозможные их сочетания с прежними, всевозможные элементарные их столкновения, их кон'югации, дезингрессии. Но из этих сочетаний одни будут устойчивы, другие неустойчивы; первые будут удерживаться, вторые — устраняться подбором.

Так, в системе «вода–лед» активности внешнего давления должны вступать в дезингрессии частью с движением молекул жидкости, переводя их в твердое состояние, частью со сцеплением молекул льда, расплавляя его. Но так как лед занимает больше об'ема, чем вода, из которой он получился, то в случаях первого рода от этого давление будет возрастать, в случаях же второго рода оно будет уменьшаться. Спрашивается, какие их этих изменений окажутся устойчивее?