„Toate procesele care au loc în lume, cu o creștere a entropiei“ - această formulă banală sa transformat entropia unui termen științific în unele dovezi incontestabile ale luptei omului sortit cu haosul din jur. Dar ce se ascunde în spatele acestei mărimi fizice originale? Și cum se poate calcula entropia? „Teoria și practica“, a încercat să se uite în materie și pentru a găsi mântuirea din dezintegrarea iminentă.
Pentru prima dată termenul „entropie“, în 1865 a prezentat fizicianul german Rudolf Clausius. Atunci era îngust, iar valoarea a fost folosită ca una dintre variabilele pentru a descrie starea sistemelor termodinamice - adică, sistemele fizice constând dintr-un număr mare de particule, și capabilă să realizeze schimbul de energie și materie cu mediul. Problema a fost că până la sfârșitul formulez ceea ce caracterizează entropia, omul de știință nu a putut. În plus, în conformitate cu formula propusă, acestea ar putea determina doar modificarea entropiei, mai degrabă decât valoarea absolută.
Simplificată această formulă poate fi scrisă ca dS = dQ / T. Acest lucru înseamnă că diferența dintre cele două state ale entropiei termodinamice ale sistemului (dS) este raportul dintre cantitatea de căldură consumată pentru a se asigura că inițial schimbarea de stat (dq), la temperatura la care schimbarea de stat are loc (T). De exemplu, pentru a sparge gheața, avem nevoie să-i dea o anumită cantitate de căldură. Pentru a afla cum să schimbe entropiei în procesul de topire, vom avea nevoie să împartă cantitatea de căldură (va depinde de masa de gheață) la temperatura de topire (0 grade C = 273, 15 grade Kelvin numărătoarea merge de la zero absolut Kelvin (. - 273 ° C), deoarece la această temperatură entropia orice substanță este zero). Deoarece ambele valori sunt pozitive, în calcul, vom vedea că entropia a crescut. Și dacă țineți operațiunea opusă - să înghețe apa (care este, ia caldura ei), valoarea dQ este negativă, și, prin urmare, entropia devine mai mică.
Aceste nuanțe plictisitor lucru este ascuns: a doua lege a termodinamicii nu poate fi aplicată fără a ține seama la toate fenomenele și procesele din lumea noastră. Un bun exemplu adus lui Clausius însuși: el credea că entropia universului este în continuă creștere, ci pentru că într-o zi ajunge în mod inevitabil, apogeul - „moartea termică“. Un fel de nirvana fizice, care nu are loc nici un proces mai lung. Clausius a aderat la această ipoteză pesimistă, până la moartea sa în 1888 - la acel moment, datele științifice nu au permis-o să nege. Dar, în anii 1920. Astronom american Edvin Habbl a demonstrat că universul se extinde, și, prin urmare,
Acesta poate fi numit cu greu un sistem termodinamic izolat. Prin urmare, fizica modernă la previziunile sumbre Clausius sunt destul de ușor.
Deoarece Clausius nu a fost în măsură să articuleze sensul fizic al entropiei, a rămas un concept abstract până la 1872 - până când fizicianul austriac Lyudvig Boltsman a dat o nouă formulă, care permite să se calculeze valoarea absolută. Se pare ca S = k * ln W (în care, S - entropie, k - constanta Boltzman cu valoare fixă, W - greutate stare statistică). Datorită acestei formule, entropia a ajuns să fie înțeleasă ca o măsură a sistemului de comandă.
Cum sa întâmplat? Greutatea statistică a statului - este numărul de moduri în care se poate pune în aplicare. Imaginați-vă un desktop al computerului. În câte feluri se poate aduce ordine relativă? O mizerie completă? Se pare că ponderea statistică a statului „haotic“ mult mai mult, și asta înseamnă mai mult și entropia lor. A se vedea un exemplu detaliat și se calculează entropia desktop-ul propriu aici.
În acest context, este nevoie de un nou sens al a doua lege a termodinamicii: Acum, procesul nu poate continua în mod spontan în direcția de ordine crescătoare. Dar aici, nu ar trebui să uităm despre limitările legii.
Altfel, omenirea ar fi fost mult timp în Înrobit veselă de unică folosință. La urma urmei, de fiecare dată când se spală castron sau o cană, avem sprijinul cel mai simplu de auto-organizare. Ca parte a detergentului este un agent activ de suprafață (surfactanți). Moleculele lor sunt compuse din două părți: în primul rând, prin însăși natura sa, tinde sa contact cu apa, în timp ce cealaltă evită.
Când a lovit apa molecula „Fairey“ colectate în mod spontan în „mărgele“ care învăluie de grăsime sau de murdărie particule (suprafața exterioară a balonului sunt cele mai sensibile la contactul cu părți apă surfactant și un interior, acumulate în jurul miezului particulelor de murdărie - o parte care evita contactul cu apa). S-ar părea că acest exemplu simplu este contrar a doua lege a termodinamicii. Bulion dintr-o varietate de molecule in mod spontan mutat intr-o stare mai ordonată cu o entropie mai mică. Răspunsul din nou este simplu: sistemul de „feluri de mâncare-apă murdară după petrecere“, în care mâna străină picurat detergent, este dificil să se ia în considerare izolat.
De la apariția formulei Boltzmann, termenul „entropie“, a pătruns aproape
toate domeniile științei și a dobândit noi paradoxuri. Să luăm, de exemplu, astrofizică și o pereche de „gaură neagră. - incidentul în corpul ei“ Acesta poate fi considerat un sistem izolat, și, prin urmare, ar trebui menținut entropia unui astfel de sistem. Dar ea dispare într-o gaură neagră - de fapt, nu a scăpat nici materie, nici radiații. Ce se întâmplă cu ea în interiorul unei găuri negre?
Unii experți din șir revendicarea teoriei că entropia devine entropia unei găuri negre, care este o singură structură conectată la mai multe șiruri cuantice (aceste ipotetice obiecte fizice, structuri multidimensionale mici ale căror vibrații dau naștere tuturor particulelor elementare, câmpuri și alte fizica de obicei). Cu toate acestea, alți oameni de știință au răspuns mai puțin extravagante: lipsă de informații, încă se întoarce în lume, împreună cu radiațiilor ionizante emise de gaura neagră.
Un alt paradox care contravine a doua lege a termodinamicii - este existența și funcționarea ființelor vii. La urma urmei, chiar și o celulă vie cu membrana biosloyami, moleculele sale de ADN si proteine unice - o structura foarte ordonat, să nu mai vorbim de întregul corp. Datorită care există un sistem cu o astfel de entropie joasă?
Această întrebare în cartea sa „Ce este viața din punctul de vedere al fizicii“, a întrebat un celebru Erwin Schrödinger, fondatorul experimentului foarte crezut cu pisica: „Un organism viu crește continuu entropia, sau altfel produce entropie pozitivă și, astfel, aproape de periculoase stare de entropie maximă, care este o moarte. Se poate evita această stare, adică, să rămână în viață, numai în mod constant desen de la entropia mediu negativ. entropie negativă - asta e ceea ce alimentează corpul ".
Mai precis organism hrănește carbohidrați, proteine și grăsimi. Foarte ordonat, de multe ori molecule lungi cu o entropie relativ scăzută. Și în schimb eliberat în mediu este mult mai simple substanțe cu o mai mare entropie. Aici este confruntarea eternă cu haosul lumii.