Хаос, беспорядок и порядок в природе. Энтропия

Большинство процессов представляет собой два одновременно происходящих явления: передачу энергии и изменение в упорядоченности расположения частиц относительно друг друга. Частицам присуще стремление к беспорядочному движению, поэтому система стремится перейти из более упорядоченного состояния в менее упорядоченное.

Количественной мерой беспорядка является энтропия S (термин предложил Р.Ю. Клаузиус).

Энтропия –функция состояния термодинамической системы, изменение которой dS в равновесном процессе равно отношению ко­личества теплоты dQ, сообщенного системе или отведенного от нее, к термодинамической температуре

Энтропия замкнутой системы, т.е. систе­мы, которая не обменивается с окружающей средой ни энергией, ни веществом, постоянно возрастает. Такие си­стемы эволюционируют в сторону увеличения беспоряд­ка, пока не наступит состояние равновесия – точка термодинамического равновесия, при которой энтропия максимальна, а производство работы уже невозможно.

Из этого следовало, что наиболее организованные, на­пример, живые организмы, должны быть высоко неупо­рядоченными. Шредингер показал, что живые системы, вопреки второму закону термодина­мики, способны поддерживать упорядоченность, то есть живые системы могут проявлять тенденцию как к разру­шению упорядоченности, так и к ее сохранению. Вся материя способна осуществлять работу против термодинамического равновесия, способна самоорганизо­вываться и самоусложняться.

В обыденной жизни мы, как правило, стремимся к по­рядку. Мы наблюдаем четкое, подчиняющееся определенному порядку движение планет, вращение Земли, смену дня и ночи, смену года, порядок в строении атома. Однако многие процессы в природе имеют непредсказуемый, случайный, хаотический харак­тер, например, броуновское движение частиц, катастрофы, социальные потрясения, радиосиг­налы.

Порядок в системах может быть равновесным и не­равновесным. Система всегда стремит­ся перейти из неравновесного в равновесное состояние; это касается не только физических, но и экологических, экономических и любых других систем. Так в термодина­мике это свойство систем выражается в принци­пе Ле Шателье: всякая система стремится только к такому изменению, которое сводит к минимуму внешнее воздействие.

Неравновесный порядок реализуется только воткры­тых системах за счет перераспределения потоков энергии (тепла и массы) системы и среды. Если подпитку системы прекратить, она перейдет в состояние термодинамического равновесия. Так, когда же жизненный цикл заканчивается, орга­низм переходит в состояние равновесия с окружающей средой, в результате чего устанавливается равновесный порядок.

Под хаосом всегда понималось неупорядоченное, случайное, непрогнозируемое поведение элементов си­стемы.

Литература: 1, 4–9.

Лекция 4. КВАНТОВЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

Дата добавления: 2015-07-02