Энтропия – энергия жизни
Введение
Сравнительно не так давно я имел наслаждение прочесть весьма увлекательную и познавательную книжку Роджера Пенроуза «Новый ум короля». Книжку советую всем к прочтению, единственный недочёт – неодинаковая сложность изложения.
Тема книги – обзор множества фундаментальных и философских вопросов и проблем современной физики и математики: из-за чего время движется вперед, откуда случилась вселенная, из-за чего мы способны осознавать себя, возможно ли разработать метод людской сознания, возможно ли всецело угадать всё предстоящее будущее на базе знаний о настоящем. Затрагиваются вопросы интерпретации теорем физики, потому, что те всё больше отдаляются от отечественного привычного восприятия действительности и больше похожи на абстрактные математические выражения, чем на описание отечественного мира (каковые, однако, подтверждаются в опытах).
Без оглядки на обилие увлекательных подборок и рассуждений экспериментальных фактов, моё внимание привлек один вывод касательно совсем непримечательного (очевидного), на первый взгляд, второго закона термодинамики. Данный закон я знал еще со школы, но по окончании прочтения книги я совсем в противном случае посмотрел на те фундаментальные следствия, каковые из него вытекают, для объяснения моих интуитивных представлений о мире!
Да да, обращение не о каких-то теоретических либо практических выводах из этого закона, а о том, как он растолковывает многие вещи, каковые раньше казались мне легко здравым смыслом и интуицией, а были в полной мере формально определенными вещами! Дабы разобраться что это за занимательная идея, необходимо самую малость поведать про то, что такое энтропия (разбирающиеся в этом термине смогут пропустить следующую часть).
Энтропия
Второй закон термодинамики гласит: «Энтропия замкнутой совокупности неимеетвозможности уменьшаться»
Я не буду пробовать дать строгое непротиворечивое и математически правильное определение энтропии. Наоборот, я желаю дабы у вас показалось интуитивное познание о том, что это такое.
Для начала возможно дать такое определение: «Энтропия – это мера беспорядка либо хаоса». Чем больше беспорядок, тем больше энтропия. Предположительно, в начале времени вселенная имела нулевую энтропию, т.е. безотносительный порядок. Стакан, стоящий на столе имеет меньшую энтропию, чем разбитый стакан. Газ, собранный в баллоне имеет меньшую энтропию, чем будучи выпущенным наружу. Тепловое перемещение молекул содержит в себе довольно много энтропии, т.к. есть всецело хаотичным.
Посмотрите – КПД большинства устройств значительно уменьшается как раз из-за перехода нужной энергии в тепло, под действием неумолимого второго закона. Греются трансформаторы, много тепла безтолку выделяется при работе электростанций и двигателей. А вездесущее трение?
Оно ведет к разрушению подробностей (повышению их энтропии) и снова же к выделению тепла.
Низкая энтропия – это структура. Её возможно применять для получения нужной энергии. Мы можем поставить лопасти, каковые будут вращаться под напором газа, выходящего из баллона. Видите тут структуру?
В баллоне газ имеется, а снаружи его нет, между ним и помещением – стена. Когда целый газ выйдет в помещение, лопасти прекратят вращаться, и отечественная замкнутая совокупность в виде помещения с баллоном перейдет в термодинамическое равновесие: все будет иметь газ и одинаковую температуру будет одинаково хаотично двигаться. Такое состояние именуется кроме этого термодинамической смертью: в аналогичной помещении уже ни при каких обстоятельствах ничего не сможет случиться, т.к. она достигла большой энтропии (для данного условного случая).
Иначе, энтропия – мера информации. Разглядим стакан. Дабы задать его положение в пространстве хватает 5 чисел: 3 для положения и 2 для ориентации. По окончании того как стакан разбился – осколки могут быть в намного больших положениях и возможных ориентациях, чем исходный стакан: так как любой осколок сейчас фактически не зависим от остальных. Нам потребуется 5*N чисел для задания положений всех N осколков в пространстве.
Значит осколки содержат в себе (либо для их описания необходимо) большее количество информации. Т.е. возрастание энтропии – это возрастание информации, что логично: каждое воздействие в прошлом имеет последствия, значит будущее не забывает все прошлое, и значит количество информации (энтропия) всегда растёт.
Энтропия — энергия структуры
Мысль, потерянная мной из виду (а скорее не взявшая хватает внимания), содержится в том, что дабы создать некую структур из хаоса, необходимо иметь источник низкой энтропии, которую мы преобразуем в некую структуру, в итоге выделяя больше энтропии чем было (общее число энтропии увеличится). Как раз за счет отличия числом энтропии которую мы забрали и которую отдали, мы можем создавать какие-либо вещи. Как раз за счет данной отличия может появиться жизнь.
Мы привыкли принимать ресурс из которого возможно что или сделать в виде энергии. Энергия горения нужных ископаемых, энергия термоядерного синтеза (солнечная). Но в действительности легко из энергии ничего сделать запрещено: что или сделать возможно лишь из низкой энтропии. Вспомните пример с газом и комнатой в баллоне.
По окончании того как газ целый вышел, энергия совокупности не стала равна нулю: газ имеет ненулевую температуру, да вещество помещения само по себе есть эквивалентом энергии. Но энтропия достигла максимума, и всю эту энергию уже нереально никак применять.
В случае если разглядеть отечественную почву, то на неё падает высокочастотное ультрафиолетовое излучение, а излучается низкочастотное инфракрасное, которое имеет более высокую энтропию (т.к. низкочастотное излучение содержит больше фотонов на единицу энергии, соответственно больше хаоса либо беспорядка). Это преобразование происходит при фотосинтезе – одним из основополагающих процессов в создании судьбы на земле (не путать с эволюцией и зарождением жизни)!
Растения поглощают ультрафиолет, а сами нагреваются и испускают инфракрасное излучение, а применяют эту отличие энтропии для кислорода и органических молекул. Животные усваивают растения – низкоэнтропийную кислород и пищу и в итоге, выделяя тепло, растут, снова таки за счет отличия в энтропии которую излучают и потребляют. Низкую энтропию возможно взять не только за счет рассеивания тепла.
К примеру, два сосуда с различной концентрацией некоего вещества имеют более низкую энтропию чем в случае если вещество будет перемешано. Эта энергия растворов употребляется для распространения нервных импульсов по клеткам.
Рвение природы повысить энтропию ведет к появлению силы. И эта единственная сила которую возможно применять, единственная нужная энергия, которую нам даёт природа. И полностью не имеет значения – какие конкретно механизмы либо ресурсы вы используете.
Дабы продемонстрировать что вам нужна низкая энтропия, не требуется пробовать вычислить энтропию применяемых вами ресурсов. Достаточно одного того факта, что в ходе ЛЮБОЙ деятельности энтропия увеличивается, соответственно, желаете вы этого либо нет, вы все-равно расходуете низкую энтропию.
Любой организм, любой предмет, наподобие стакана, имеет значительно более низкую энтропию чем легко комплект отдельных молекул, из которых они состоят. Исходя из этого создать эти объекты возможно лишь имея источник низкой энтропии, а в следствии создания, будет выделяться больше энтропии, так дабы компенсировать её уменьшение при создании структуры.
Эта мысль породила у меня идея о том, что низкая энтропия – собственного рода энергия структуры, эта нам в момент зарождения вселенной. Мы, и все живые организмы, неявно расходуем её, дабы создавать вещи и собственное потомство. И самое основное – энтропия постоянно растёт, в случае если хоть что-нибудь в мире происходит.
И восполниться эта нужная энергия неимеетвозможности. Низкая энтропия содержится во многих видах. В виде отличия температур, в виде отличия химических составов, в виде неустойчивых атомов, применяемых в ядерных электростанциях либо напротив, атомах каковые талантливые объединяться, выделяя энергию, наподобие водорода и гелия в термоядерной реакции в солнце. Может ли энтропия расти всегда, так что мы постоянно сможем повышать ее?
Не думаю. Как я осознал – большой энтропией владеют черные дыры: ничего не вырывается из них наружу, не считая всецело хаотичного (на макро уровне) комплекта частиц.
Энтропия – мера добра и зла
В то время, когда я вспоминал над примерами понижения и повышения энтропии, ее расходования, то увидел некую сообщение с моими интуитивными рвениями ипредставлением, ни большое количество ни мало, о зле и добре. Мне не нравится, в то время, когда без дела включенная вода расходуется впустую, и я с удивлением слушаю возражение «но у нас же нет счетчиков!». Как словно бы не считая денег в жизни нет ничего полезнее. Я расстраиваюсь, в то время, когда случайно разбиваю либо разламываю какую-нибудь вещь.
И отнюдь не по причине того, что мне жалко денег либо необходимо бежать в магазин, а просто из-за самого факта события и того, что я имел возможность бы этого избежать, будучи более аккуратным и осмотрительным. Погромы, убийства – всё это примеры тщетного увеличения энтропии, без применения её энергии. А вот в то время, когда вы что-то мастерите, чините, вместо того дабы выбросить и приобрести новое, аккуратно обращаетесь с вещами – то экономите низкую энтропию, по сути единственную нужную энергию, существующую во вселенной.
Кроме того тёмное и белое покупают отрицательную и хорошую окраску! Черный цвет поглощает световые волны, преобразуя их в низкочастотное тепло, аккумуляторная.е. усиленно повышает энтропию. Белый цвет отражает падающие волны, меньше воздействуя на энтропию.
Само собой разумеется черный цвет возможно применять, в случае если нагрев – та нужная работа, которая вам нужна.
Кроме этого мне вспомнился один спор с моим одноклассником относительно того, есть ли человек венцом эволюции (сейчас, на отечественной планете, из всех известных видов). Его позиция заключалась в том, что нет объективного критерия дабы вычислять человека превосходящим другие виды. Не желаю вдаваться в оценку справедливости этого высказывания, да и по большому счету углубляться в тот спор.
Но на данный момент мне показалось что понятие энтропии разрешает ввести шкалу, в которой человек оказывается выше вторых животных. В частности – человек собирает и концентрирует в десять раз больше низкой энтропии, чем каждые другие существа. Строения, дороги, транспорт, посуда, одежда – все это примеры очень низкой энтропии.
Правда необходимо остерегаться того, дабы тот урон, что мы наносим природе, не перечеркнул все это и не сделал из планеты свалку высокой энтропии, как в мультике Wall-E. Возможно так сообщить: человек может экономично концентрировать низкую энтропию, но к сожалению делает это не всегда. Один из отрицательных примеров: зимний период у нас на работе включают кондиционеры, дабы было не так жарко от батарей – это легко верх (с бытовой точки зрения) тщетного расхода ресурсов.
Невосполнимых в самом фундаментальном смысле ресурсов.
Берегите низкую энтропию! В противном случае мы так и не успеем осознать, с какой целью она была нам дана.
