Мы используем файлы cookie, чтобы сайт работал и становился удобнее. Продолжая пользоваться «Думайте», вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.

показать все результаты

Ничего не найдено

Рост энтропии всё стирает в прах?

2 мес. назад авторская
277 4 3 мин

Средь сорных трав есть одолень-трава,

Алмазы, золото среди пустой породы.

Земля пустые нам даёт слова,

И главные слова для славной оды.

Р. Клаузиус в середине XIX века определил энтропию как функцию состояния системы, задающую меру необратимого рассеивания энергии. В развитой им науке - термодинамике она вычисляется как отношение теплоты к абсолютной температуре тела. Проще понять смысл этой величины стало, когда Л. Больцман, создатель статистической физики, связал энтропию со статистическим весом макросостояния системы. Макросостояние – это множество неразличимых состояний тела. Например, перестановка одинаковых частиц состояния тела не изменит. Чем больше похожих частиц (чем состояние более равновесно), тем больше перестановок. Число перестановок – это статистический вес макросостояния, а энтропия Больцмана пропорциональна его логарифму. Это не другая величина, Больцман показал, что оба представления эквивалентны. Но статистическое наглядно показывает: энтропия растёт вместе с равновесностью.

Интерес к термодинамике возник в XIX веке не случайно. Теория требовалась для разработки тепловых двигателей. И она указала, в частности, на значение разности температур нагревателя и холодильника. Нагревая окружение (холодильник), двигатель уменьшает эту разность и начинает работать хуже: производимая им энтропия загрязняет среду.

В 1944 г. Э. Шрёдингер, ярчайший представитель великой плеяды, заложившей основы квантовой механики, опубликовал книгу «Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки», в которой дал простой ответ на сложный вопрос: как жизнь, в нарушение второго начала термодинамики, избегает роста энтропии внутри себя? Он объяснил, что жизнь поглощает организованную энергию из окружающей среды и выбрасывает в неё неупорядоченную, "загрязнённую" энтропией. Это простое объяснение приводит, казалось бы, к выводу: выбрасываемый организмами мусор, неупорядоченность и энтропия – это, по сути, одно и то же.

Но постойте, если всё, что производит живая клетка (кроме самой себя) – это отходы, мусор, откуда берётся сложность мира? Солнечный свет – это отходы работы солнечного реактора. Все растения потребляют его и производит отходы, в том числе в виде кислорода и других энергетически насыщенных веществ. Фауна потребляет эти вещества и производит отходы, в том числе, в виде навоза, повышающего плодородие почвы.

Эти тривиальности маскируются словами "энтропия" и "неупорядоченность". Но энтропия – это равновесность, нарушаемая солнечными лучами, кислородом и даже навозом. А обыденное и научное понимание упорядоченности сильно разнятся (об этом здесь). Понимая неупорядоченность в обыденном смысле, и относя все отходы к энтропии, мы никогда не поймём, почему мир усложняется.

Поэтому мысль Шрёдингера надо уточнить: Жизнь поглощает организованную энергию окружающей среды, но возвращает в неё как неупорядоченную, деградировавшую, так и более упорядоченную, обогащённую энергию. Закон роста энтропии никто не отменял, и на бочку неупорядоченности приходится одна горошинка сложности, но без неё мир давно бы рассыпался в прах.

Полезность 75%
· +1 высоко оценили M
Интересность 88%

Комментарии 30

Войдите, чтобы оставить комментарий.

уровень 2 в 1 месяц
Выбираем мы для себя полезную, упорядоченную энергию (покупаем новые товары, свежие продукты), а выбрасываем мусор, который нам самим не нужен. Но в природе то, что для одного отходы, для другого - полезный материал, пища, все кем-то используется и перерабатывается, образуя круговорот веществ.
Полезно
Уместно
уровень 1 в 1 месяц
Гульмира, природа за сотни миллионов лет очень хорошо согласовала процессы преобразования вещества. Остаётся немного - скелеты, спрессованные в виде мела и известняка, и углеводороды, Энергия при этом неизбежно деградирует, теряет упорядоченность. Молодая человеческая индустрия использует отходы биосферы, но засоряет окружающую среду своими отходами, значительная часть которых отравляет её или, в лучшем случае, остаётся бесполезным балластом. За тысячу-другую лет можно, наверное, согласовать наши отходы с возможностями их использования. Но речь не об этом: круговорот веществ происходит за счёт энергии, в конечном счёте деградирующей до тепловой формы. Но столь же закономерно, как деградация, идёт и усложнение. Не всегда его результаты запоминаются, но горошинка сложности на бочку энтропии образуется всегда.
Полезно
Уместно
уровень 2 в 1 месяц
валентин, а почему вы считаете тепловую форму энергии деградацией?
Полезно
Уместно
уровень 1 в 1 месяц
Гульмира, конечно, тепло в определённых условиях может быть использовано. Но только в ограниченном количестве случаев- для запуска теплоёмких реакций, в том числе биохимических. Тепло для этого надо сконцентрировать. Но чаще всего оно рассеивается в пространстве и уже непригодно для использования.
Полезно
Уместно
уровень 2 в 1 месяц
валентин, в природе тепловая энергия не пропадает даром, она даже необходима для поддержания жизни. "Рассеивается" безвозвратно и неэффективно она только в теории, в уморительных моделях физиков.
Полезно
Уместно
уровень 1 в 1 месяц
Гульмира, просто мы не видим инфракрасного излучения, уходящего с Земли в космос. Если не верите физикам, тщательно его измерившим, просто подумайте, куда уходит колоссальная солнечная энергия, ежедневно нагревающая Землю.
Полезно
Уместно
уровень 2 в 1 месяц
валентин, но ведь она тоже кем-то и чем-то поглощается, используется, влияет на процессы космического масштаба...
Полезно
Уместно
уровень 1 в 1 месяц
Гульмира, свет от удалённых звёзд может ещё использоваться на Земле для навигации, каких--то измерений. Но для этого наблюдатель должен ещё свою энергию применить. Для физического (химического, биохимического и т.п.) использования энергия должна быть сконцентрирована. А в бескрайнем космосе не то что тепловое излучение с поверхности Земли, но и свет самых ярких звёзд рассеивается до еле заметных лучиков. В этом и заключается смысл Второго начала термодинамики: концентрация энергии неизбежно падает.
Полезно
Уместно
уровень 2 в 1 месяц
валентин, "Для физического (химического, биохимического и т.п.) использования энергия должна быть сконцентрирована" Если быть точными, то это мы способны зафиксировать/измерить/использовать энергию только в достаточно концентрированном виде. Но это еще не значит, что в природе рассеянная энергия ни в каких процессах не участвует.
Полезно
Уместно
уровень 1 в 1 месяц
Гульмира, Если и участвует, то 0,001% или меньше. Просто остальная часть не встретит в космосе ни одного объекта.
Полезно
Уместно
уровень 2 в 1 месяц
валентин, кто знает... Может быть, эта нерегистрируемая часть энергии и составляет львиную долю всей энергии космоса. Это как микробы в экосистеме.
Полезно
Уместно
уровень 1 в 1 месяц
Гульмира, биосистемы имеют тенденцию к усложнению., потому что у них есть генетическая память. У космических микрочастиц памяти практически нет. Столкнулись - разлетелись. Если доведётся пролетать мимо чёрной дыры или массивного ткоа, может быть их туда затянет, что ничего в мире не изменит . Ведь у них нет истории, прилетела откуда-то частица, а откуда - какая разница? Быстро усложняется человечество, медленно - биосфера и почти не усложняется неживой мир.
Полезно
Уместно
уровень 2 в 1 месяц
валентин, биосистемы являются динамическими, их усложнение носит локальный характер. Если же мы говорим о неживых частицах, то их нет смысла рассматривать по отдельности. Их следует рассматривать как часть целого - единой (статичной) системы. Систему в целом всегда можно рассматривать как нечто простое несмотря на локальные усложнения. Память такой системы хранится не в отдельных частицах, а в самой структуре вселенной, в ее гравитационном распределении масс, в электромагнитном узоре взаимодействий.
Полезно
Уместно
уровень 1 в 1 месяц
Гульмира, про отдельные элементарные частицы я писал, чтобы показать, что на этом уровне усложнения быть не может. Но и на более высоких уровнях его в значительном масштабе тем более не будет. После рассеяния в космосе энергия теряет идентичность и смешивается с более мощным потоком энергии от Солнца, а к значимому глобальному усложнению после образования звёзд и галактик никакие потоки рассеивающейся энергии не приводят.
Полезно
Уместно
уровень 2 в 1 месяц
валентин, структурирование, как и систематизация, имеет две стороны: усложнение на локальном уровне и упрощение (синтез) на глобальном. И обе важны для эволюции.
Полезно
Уместно
уровень 1 в 1 месяц
Гульмира, да, но о какой систематизации можно говорить при рассеянии? Пролив воду, мы ничего не систематизируем.
Полезно
Уместно
уровень 2 в 1 месяц
валентин, система в целом меняет свою структуру, переходит в новое состояние.
Полезно
Уместно
уровень 1 в 1 месяц
Гульмира, да, но это не систематизация, а деградация. Как усложнение может давать системе новые возможности, а может быть простым нагромождением, так и упрощение может либо удалять лишнее, снимать нагромождение, либо быть деградацией, уменьшением актуальных или потенциальных возможностей. Рассеивание - это деградация.
Полезно
Уместно
уровень 2 в 1 месяц
валентин, эволюция сохраняет наиболее устойчивые формы и рассеивает неустойчивые. Освободившаяся энергия используется так или иначе - если не конкретным процессом, то повышает свободную энергию системы.
Полезно
Уместно
уровень 1 в 1 месяц
Гульмира, увы, кроме свободной энергии, которая может быть использована тем или иным процессом, есть и энергия, использовать которую невозможно. Энтропия не может убывать.
Полезно
Уместно
уровень 2 в 1 месяц
валентин, энтропия системы в целом не меняется.
Полезно
Уместно
уровень 1 в 1 месяц
Гульмира, спорьте с Клаузиусом или Больцманом. Я умываю руки.
Полезно
Уместно
уровень 2 в 1 месяц
валентин, они имели в виду локальную систему, а я глобальную.
Полезно
Уместно
уровень 1 в 1 месяц
Гульмира, в глобальной системе (вселенной) энтропия может убывать, а сложность расти только локально, точечно - за счёт рассеяния по обширной окрестности.
Полезно
Уместно
уровень 2 в 1 месяц
валентин, с этим я даже не спорю. Но в целом энтропия глобальной системы постоянна.
Полезно
Уместно
уровень 1 в 1 месяц
Гульмира, глобальная система состоит из множества локальных. В некоторых из них благодаря самоорганизации энтропия может убывать, но только за счёт других, в которые излишек экспортируется, и где она растёт быстрее. В глобальной системе энтропия может быть постоянной только при условии, что она уже достигла максимального значения, т.е. при тепловой смерти. Там уже не происходит ничего, любое движение или преобразование энтропию увеличивало бы. В заметке "Самоорганизация ускоряет рост энтропии?" я стараюсь доказать, что в глобальной системе энтропия растёт, но медленнее, если внутри неё есть самоорганизации. И с этим спорят! Даже такой мэтр, как Акоп Поогосовмч Назаретян, к сожалению уже покойный, прямо утверждал, что самоорганизация ускоряет рост энтропии среды (глобальной систеы). Правда, никак не аргументируя, полагая, видимо, мто это прямо следует из работ Ильи Пригожина. То есть речь только о том, быстрее или медленнее она растёт, не расти - не может! Вы проецируете, как я понимаю, на произвольную систему свойства биосферы, в которой микроорганизмы подбирают и используют все крохи связанной энергии, которые им достаются. Но и микроорганизм - это самоорганизация, сложная ЖИВАЯ система. В неживой среде такие микросамоорганизации невозможны. Единственное исключение - это возникновение жизни, абсолютно уникальное событие. На каждом шагу, в массовом порядке не наблюдается ничего подобного.
Полезно
Уместно
уровень 2 в 1 месяц
валентин, я не рассматриваю локальные системы по отдельности, т.к. все они образуют единое целое на глобальном уровне. Именно единство (целостность) обеспечивает возможность самоорганизации и законы сохранения в природе. Локальные системы могут усложняться, упрощаться, обмениваться энергией, веществом, но энтропия системы в целом остаётся константой.
Полезно
Уместно
уровень 1 в 1 месяц
Гульмира, я, Вы, комар, волк, вихрь, пожар образуют единое целое на глобальном уровне? Поднявшись на такую высоту, мы теряем из виду всю конкретику. "Локальные системы могут усложняться, упрощаться, обмениваться энергией, веществом, но энтропия системы в целом остаётся константой" - это поему? Любое действие энтропию увеличивает. Именно поэтому КПД теплового двигателя падает, если нет холодильника.
Полезно
Уместно
уровень 2 в 1 месяц
валентин, каждую клетку вашего организма можно рассматривать по отдельности, но на уровне организма они составляют единое целое. Клетки могут умирать, размножаться, обмениваться сигналами и веществами, но вы все равно будете воспринимать себя одним целым, и будете стремится эту целостность сохранять.
Полезно
Уместно
уровень 1 в 1 месяц
Гульмира, это уже конкретнее. Тут спорить не о чем. Если под глобальной системой понимать организм, то да, он способен поддерживать гомеостазис, выбрасывая энтропию наружу. Но Вы писали: "эволюция сохраняет наиболее устойчивые формы и рассеивает неустойчивые. Освободившаяся энергия используется так или иначе - если не конкретным процессом, то повышает свободную энергию системы" - Даже в биосфере это не вполне соблюдается, часть энергии, именно в тепловой форме, рассеивается бесследно. Но ещё ранее речь однозначно шла о произвольных, в том числе неживых системах. Или я и там Вас не так понял?
Полезно
Уместно

Оценить запись

Полезность 75%
· +1 высоко оценили M
Интересность 88%

Поделиться