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题目:两类自催化反应的分歧与斑图

关键词:反应扩散系统,二维图灵斑图,稳定性,分歧,斑图

  摘要

  从20世纪70年代开始,人们注意到在远离热力学平衡态的情况下,系统均匀定态的动力学失稳与平衡相变之间的许多相似之处。例如,两者在临界点附近都存在着巨涨落,即系统关联长度发散的情况;两者的动力学行为在临界点均有临界慢化现象;相变时系统都发生斑图自组织过程,并伴随着一定的时空对称性破缺,即相变前系统的时空对称性比相变后为高;系统的序参量在临界点附近有类似的临界指数规律;等等。这些现象启发人们利用数学中的分岔理论,对远离热力学平衡系统中的临界行为作明确的动力学分类。   一般来讲,化学反应中的动力学问题绝大多数是非线性问题。但是,在系统临近热力学平衡态时,系统的动力学行为可以近似地用线性非平衡热力学来研究,在系统远离热力学平衡态时,在一些情况下,非线性效应变成系统动力学行为的主导因素。这种非线性行为与系统的线性扩散行为耦合,可以使系统自发地产生各种有序或无序的斑图态。从70年代开始,随着耗散结构理论被普遍接受,人们开始系统的研究化学振荡现象。研究这类化学反应扩散系统,重要的是抓住系统在临界点附近动力学行为的菜性。这些是斑图动力学(非线性科学邻域内的一个重要分支)研究的主要内容。