Dissipatiivinen systeemi

Dissipatiivinen systeemi tai dissipatiivinen rakenne on energiaa sitova avoin järjestelmä, joka on kaukana lämpöopillisesta tasapainosta. Dissipatiivinen systeemi kuluttaa energiaa ja vaihtaa ainetta ja energiaa ympäristönsä kanssa. Dissipatiiviset systeemit käyttäytyvät tilanteesta riippuen eri tavoin, ja voivat synnyttää mutkikasta, joskus kaoottista rakennetta ja toimintaa.

Ympäristönsä kanssa vuorovaikutteiselle dissipatiiviselle systeemille on ominaista, että sen sisäinen entropia voi tilapäisesti vähetä ympäristön kustannuksella. Itseorganisoituva dissipatiivinen järjestelmä käyttää lävitseen virtaavaa energiavuota epäjärjestyksen poistamiseen. Esimerkiksi trooppisen pyörremyrskyn synty pohjautuu pohjimmiltaan Auringon energiaan.

Useimmat elolliset ja ei-elolliset järjestelmät ovat avoimia, epätasapainossa, kaukana termodynaamisesta tasapainosta ja sen takia dissipatiivisia järjestelmiä.

Dissipatiivinen systeemi on aina avoin, muuttuva järjestelmiä, joka on epätasapainossa ympäristönsä kanssa.

Dissipatiiviset systeemit saattavat olla yksinkertaisia, mutta jotkut hyvinkin järjestyneitä ja mutkikkaita.

Esimerkiksi lämpötilaerojen aiheuttava lämpöä kuljettava ainevirtaus, konvektio, on dissipatiivinen systeemi. Se tulee esille Benardin soluina, jotka ovat kiertävää virtausta kuumasta kylmään ja takaisin. Dissipatiiviset järjestelmät kykenevät monesti itseorganisoitumiseen, koska dissipatiivinen systeemi on avoin, järjestys sen sisällä voi joksikin aikaa kasvaa, vaikka kehitys pyrkiikin termodynamiikan toisen pääsäännön mukaan viemään kohti tasaista tilaa. Esimerkiksi konvektiiviset virtaukset järjestyvät monesti muuttuviksi kuvioiksi.

Matalapaineet ja trooppiset hurrikaanit ovat dissipatiivisia järjestelmiä, joita pyörittää Auringon energia.

Elämää pidetään myös mutkikkaana dissipatiivisena järjestelmänä. Sille ovat ominaisia hyvin mutkikkaat, erikoistuneet toiminnalliset kokonaisuudet ja kohtalaisen pieni entropia. Näin ollen elämän järjestelmän kuvaaminen vaatii suuren määrän tietoa. Pienimmässä tumattomassa solussa, jonka geeni on noin 1,4 miljoonaa emäsparia pitkä, vaatii teoriassa noin 2,8 megabittiä eli 0,35 megatavua tietoa, jos tietoa ei pakata tavalla joka ottaa huomioon mahdolliset samankaltaisuudet esim. eri entsyymien geeneissä. Bakteerissa oleva suuri tietomäärä mahdollistaa sen säilymisen tasapainossa hyvinkin muuttuvissa oloissa. Bakteerikaan ei säily loputtomiin, vaan sen hajoaminen vapauttaa siihen sisältyneen entropiapienenemisen kasvamaan luonnossa fysiikan lakien mukaan.

• Dynaaminen systeemi
• Itseorganisaatio

• The dissipative systems model The Australian National University