Ентропія, її види та основні приклади - Біологія
Іркутський державний університет
На тему: «Ентропія, її види та основні приклади»
Студентка ІІ курсу
Розділ 1. Види ентропії
Розділ 2. Приклади ентропії
У словнику іноземних слів зустрічається таке визначення ентропії: ентропія [давньогрецьке en всередину +trope поворот, перетворення] - 1) у фізиці - одна з величин, що характеризують тепловий стан тіла або системи тіл; міра внутрішньої невпорядкованості системи; при всіх процесах, що відбуваються в замкнутій системі, ентропія або зростає (незворотні процеси) або залишається постійною (оборотні процеси); 2) теоретично інформації – міра невизначеності ситуації (випадкової величини) з кінцевим чи парним числом результатів, наприклад, досвід, до проведення якого результат точно невідомий.
Поняття ентропії вперше було введено у науку Клаузіусом у 1865 р. як логічний розвиток термодинаміки Карно.
Але я характеризую це поняття як міра хаосу. На мою думку, це оптимальна тема на даний момент тому, що вона повністю пов'язана з життям. Ентропія у всьому. У природі, у людині, у різних науках. Навіть зародження людини в утробі матері починається з хаосу. Ентропію також можна пов'язати з утворенням планети, тому що до появи Бога на Землі всі природні явища і все, що було на планеті, знаходилося високою мірою ентропії. Але через сім днів, планета набула впорядкованого вигляду, тобто все стало на свої місця.
Грунтуючись на моїх висновках, я хотіла б докладніше розібрати це явище і знизити ентропії розуміння цього явища.
Розділ 1. Види ентропії
Для початку, я хотіла б розглянути основні види ентропії, для того щоб, на основіцих видів розібрати приклади ентропії, які безпосередньо пов'язані з нашим минулим, сьогоденням і майбутнім життям.
Сьогодні в літературі зустрічається щонайменше чотири форми ентропії:
По-перше, ентропія як міра невизначеності стану будь-якої цілком упорядкованої фізичної системи, або поведінки будь-якої системи, включаючи, живі та неживі об'єкти та їх функції. Саме ця форма ентропії, пов'язана з невизначеністю стану системи, знаходить останнім часом найбільшого поширення при дослідженні як живих, так і неживих об'єктів та процесів.
По-друге, термодинамічна ентропія мікрочастинок, або молекулярної (мікроскопічної) множини.
По-третє, інформаційна ентропія, чи невизначеність інформації, тобто. відомостей про деяку інформаційну систему. Відомо, що збіг за видом формул для ентропії та інформації послужило основою для твердження, що ентропія є недостатня інформація про стан системи. Було запропоновано використовувати термін негентропію як тотожної зв'язаної інформації про стан системи. Негентропія не є негативною ентропією або антиентропією, як іноді помилково вважають деякі вчені.
Різниця масштабів ентропії та інформації пов'язана з їх принциповою відмінністю, а саме: ентропія - це міра множини тих станів системи, про перебування в яких система повинна забути, а інформація - це міра множини тих станів, про перебування в яких система повинна пам'ятати.
По-четверте, ентропія, чи невизначеність поведінки, будь-який недостатньо упорядкованої системи до макроскопічних множин.
Розділ 2. Приклади ентропії
Насамперед, я хотіла б розглянути найпростіший приклад, який стосується всіх нас. Це творення світу Богом. Як мовиться вБіблії, Світ був як безодня, безводна, порожня і темна. Все у цьому світі знаходилося в хаосі, тобто у збільшеній ентропії. У перший день своїх діянь Бог, як це нам уже відомо, відокремив світло від темряви. І став день, і стала ніч, і з'явились ранок та вечір. Міра хаосу стала зменшуватися. На другий, розділив прірву на небо та землю. Все поступово почало приходити на свої місця. Третього дня Бог відокремив сушу від вод. І назвав він сушу землею, а зібрання вод – морями, океанами, озерами та річками. І сказав Бог, щоб із землі виростали трава, дерева родючі, у яких насіння його на землі. І сталося так. На четвертий Бог відокремив денне світло від нічного. І з'явилися на небі місяць та сонце. На п'ятий день з'явилися риби та птахи. На шостий тварини, земні гади та людина. Через сім днів ентропія перейшла в 0. То ентропія з найбільшого стану перейшла в найменший.
Іншим очевидним прикладом ентропії може бути інформації та логічне мислення, яку поглинає людина. Логічне судження людини неспроможна здійснюватися без підведення негативної ентропії. Чим людина менше знає про якийсь предмет, тим більше хаосу і плутанини в його голові, але в міру того як інформація наростає і її стає більше, тим більше людина починає розуміти і усвідомлювати. І цей приклад також наводить ентропію у нульовий стан.
І ще одним наочним прикладом можна розглянути харчування людини. У кожному куточку країни люди різняться між собою національністю, місцем проживання та, звичайно ж, харчуванням. Якщо подивитися середній рівень життя людей у горах і на забруднених вулицях США, де завжди стовпотворіння людей і людині нема чим дихати, як тільки газами, то можна побачити суттєві відмінності. Якщо в горах людина п'є чисту гірську воду, США воду,якої достатньо бактерій, які можуть з лишком заразити або навіть вбити людину, ну а в кращому разі, несприятливо позначитися на здоров'ї людини. Також, якщо поставити поруч людину з гір та людину зі США, то природно знайдуться очевидні відмінності у зовнішності цих людей. Людина з гір набагато молодша виглядатиме і красивішою.
Цей приклад також показав відомим ученим на щурах. Одні з яких пили чисту ключову воду, а інші пили алкоголь. І ті, що пили алкоголь, через деякий час виникли проблеми зі здоров'ям. А ті, що пили чисту ключову воду, були бадьорі, веселі, грайливі, і вони ніколи не підходили до алкоголю.
Ще один приклад, пов'язаний з ентропією вже з фізики. Всім відомо, що в рідині частинки рухаються хаотично, тобто точка ентропії на межі. У міру того, як рідке тіло починає замерзати, ентропія стає дедалі меншою. Оскільки частки починають рухатися повільніше, і коли рідина замерзає, ентропія дорівнює 0. Тому що між частинками утворюються нерозривні зв'язки.
З приводу ентропії приклади можна наводити і наводити, але хочу обмежитися цими прикладами.
Фізична ентропія є мірою енергетичної впорядкованості об'єкта і є функцією від їх можливих станів.
Будь-яке підвищення впорядкованості об'єктів веде до зниження їхньої сукупної ентропії, і навпаки.
Розуміння фізичного сенсу ентропії утруднено тією обставиною, що її значення може бути виміряно ніяким приладом, зате обчислюється. Твердження про існування ентропії зазвичай відносять до другого закону термодинаміки. Більш ніж 100-річний досвід використання поняття ентропії у термодинаміці підтверджує правильність уявлення про неї як профізичну величину, зміна якої (у рівноважних процесах) однозначно пов'язана з наявністю обміну енергією у формі теплоти.
Відомо, що абсолютне значення ентропії різних речовин, за різних температур, можна визначити на основі третього закону термодинаміки. Цей закон встановлює також початок відліку ентропії і цим дозволяє обчислити абсолютне значення ентропії.
Отже, виявилося, що поняття ентропії одна із фундаментальних властивостей будь-яких систем з імовірнісним поведінкою. Теоретично інформації ентропія як міра невизначеності результату експерименту було запроваджено американським ученим До. Шенноном в 1949 р.
Поняття узагальненої ентропії представляє такі найбільш загальні властивості дійсності, як невпорядкованість та впорядкованість, невизначеність та визначеність, хаос та порядок.
Будь-яке явище двояке, і воно одночасно містить у собі деяку хаотичну, броунівську складову та впорядковану складову, як складову хаосу, так і порядку.
1. Прангішвілі B.В. Системний підхід та загальносистемні закономірності, Синтег, М - 2000.
2. І.В. Прангішвілі. Ентропійні та інші системні закономірності: Питання керування складними системами. Наука, М -2003.
3. Словник іншомовних слів. М -1977.
4. "Енциклопедія Фізики". Видавництво "БСЕ". 1995.