Просто про складне
Ентропія. Як часто можна почути чи прочитати це гарне, розумне слово. Але який сенс воно несе у собі?
У 1865 році німецький фізик і математик Рудольф Клаузіус ввів таке поняття ентропії: її збільшення - це відношення збільшення тепла, переданого системі, до температури системи.
У сучасному варіанті вона визначається як логарифм числа станів, в яких може знаходитися система. Розглянемо одну цікаву особливість ентропії:
В одному кубічному метрі повітря знаходиться
10^25 молекул. Припустимо, при вимірі числа допустимих станів системи – кубічного метра повітря в посудині – на лабораторній роботі студент після безсонної ночі був неуважним і помилився, скажімо, у мільйон разів. Давайте порахуємо, наскільки постраждала точність визначення ентропії. Для цього потрібно знати шкільний курс алгебри і те, що кількість станів, в яких може перебувати система, зростає експоненційно по відношенню до частинок в системі (закликаю до спокою читачів, які не люблять формули, вона буде білою вороною в даному пості).
Як бачите, помилка студента цілий мільйон разів ніяк не вплинула на певну ентропію системи. Ось яке воно величезне, це число.
Допитливий розум читача поставить питання: як студенту може стати в нагоді певна їм ентропія? Річ у тім, що з рівноважному стані система має найбільше допустимих станів, отже, і найбільшу ентропію. Ентропія системи, яку не діють зовнішні чинники, завжди або зростає, або залишається постійною, якщо вона (система) досягла стану рівноваги. Це закон природи, який виконується завжди, так само, як і завжди тепло передається від гарячішого тіла до холоднішого. Існує ймовірність, що тепловтече від холодного до гарячого, але вона настільки мізерна, що ця подія не станеться ніколи за весь час існування нашого всесвіту.
Ентропія завжди прагне свого максимального значення. Так формулюється другий закон термодинаміки. Ще ми знаємо, що ентропія - це міра безладдя (при виникненні відлуння порядку в системі число її допустимих станів зменшується, отже, зменшується і ентропія).
То що ж це виходить, по відношенню до нашого світу другий закон термодинаміки не працює? Як могли утворитися найскладніші форми життя, що це, а то й ознака порядку? Відповідно до теорії еволюції Дарвіна, основу процесу природного відбору лежить підвищення ступеня організованості біологічних систем. Вигляд дедалі більше удосконалюється у процесі еволюції. Ми не бачимо в природі хаотичної суміші різних атомів, розташованих упереміш один з одним, що відповідало б більшому безладдя в системі. Навпаки, світ дуже структурований. Чомусь ростуть дерева, у небі плавають хмари, літають якісь метелики. У морі навіщось плавають риби. Як можна пояснити виникнення структур у відкритих системах?
Все пояснюється просто. Розглянемо замкнуту систему, що складається з кількох підсистем. Сума їх ентропій зростає у чіткій відповідності до другого закону термодинаміки, але ентропія однієї з підсистем при цьому може зменшуватися, не порушуючи при цьому жодних законів фізики, а це означає, що в ній може виникати порядок.
Фізика - дивовижна наука, що дає людині відповіді на питання, які ставилися перед ним споконвіку, а її вивчення стоїть найважливішим завданням перед людиною, націленим на створення порядку в нашому світі.
Ставлю тег "моє", але багато інформації брав із лекцій нашого фізика, якщосподобається, наступний піст буде про щось на кшталт теплової смерті всесвіту, поки не придумав.