Космос - «мир, вселенная и мироздание» (др. греческий), первоначальное значение - «порядок, гармония, красота».
Впервые термин Космос для обозначения Вселенной был применён Пифагором...








Интересные сайты:




Феномен человека на фоне универсальной эволюции

Глава III Энтропия и беспорядок

Физическая теория эволюции, согласно которой все развивается с ростом энтропии в сторону упрощения, находится в разительном противоречии с теорией эволюции, которая создается в биологии, науках о Земле и космогонии и согласно которой эволюция происходит в сторону усложнения. Постараемся выяснить, «кто виноват» в возникновении этого противоречия и «что делать», чтобы его устранить.

3.1. Проблема: две эволюции

Физическая концепция эволюции начала формироваться в тех же пионерских работах, в которых было сформулировано второе начало термодинамики. В. Томсон говорит о действующей в мире тенденции к рассеянию [dissipation] механической энергии, вследствие которой Земля рано или поздно окажется непригодной для обитания человека [Thomson, 1852; Рус. пер. С. 182]. Г. Гельмгольц в докладе 1854 г. подхватывает эту мысль Томсона и предсказывает Вселенной «тепловую смерть», когда вся механическая энергия превратится в тепло и когда прекратится в ней всякое движение, кроме беспорядочного [Helmholtz, 1876; Рус. пер. С. 12-13]. Наконец, Р. Клаузиус подключает к физической концепции эволюции понятие энтропии: энтропия мира, говорит он, стремится к максимуму [Clausius, 1865. S.44].

Трудно сказать, кто первым обнаружил пропасть между физической и наблюдаемой эволюциями. Во всяком случае, Гельмгольц и Л.Больцман в числе первых заглянули в нее. Гельмгольц [Helmholtz, 1883. S.972] высказывает в связи с этим, хотя и в довольно туманных выражениях, сомнения относительно применимости второго начала к живым системам. Больцман же не только заглянул в пропасть, но и попытался преодолеть ее с помощью своей флуктуационной гипотезы (см. разд. 3.2.2).

Противоречие между физической эволюцией в сторону упрощения и наблюдаемой эволюцией в сторону усложнения принимает в литературе вид проблемы применимости закона возрастания энтропии, общепринятого решения которой до сих пор не существует.

Томсон и Гельмгольц, как видим, пришли к идее «тепловой смерти» еще до введения понятия энтропии. Единственное, на что они при этом опирались, — это идея первого из них об «обесценивании» в ходе необратимых процессов механической энергии, причем Томсон мыслил этот процесс протекающим в одну сторону [Thomson, 1852; Рус. пер. С. 182]. Поскольку механическая энергия упорядоченного движения, по Томсону, может «сама собой», т. е. некомпенсированным образом, только необратимо превращаться в тепловую энергию, но не наоборот, постольку в конце концов вся механическая энергия и перейдет в тепловую, что будет означать прекращение всех и всяческих процессов во Вселенной и, в частности, гибель всего живого.

Томсон и другие отцы термодинамики, на наш взгляд, ошибались, полагая, что в природе действует «закон» увеличения общего количества теплоты. Из закона возрастания энтропии этого не следует, рост полной энтропии вовсе не предполагает обязательного роста тепловой энтропии, подобно тому как из закона сохранения полной энергии не следует сохранение тепловой. Действующая на Земле тенденция к рассеянию разных форм энергии в виде тепла — это только тенденция, а не закон природы, возможны и процессы некомпенсированного превращения тепла в другие формы энергии.

Поскольку теплота — это беспорядочное движение молекул, постольку утверждение о неизбежности «тепловой» смерти Вселенной базируется также на общепринятой трактовке энтропии как меры беспорядка, согласно которой рост энтропии означает исчезновение порядка. Достижение энтропией Вселенной максимального (равновесного) значения, полагают многие авторы, и будет означать разрушение всех структур и воцарение (теплового) хаоса.

Корни трактовки энтропии как меры беспорядка теряются в дымке истории, в размытом виде она присутствует в работах целой группы авторов второй половины XIX в. Клаузиус [Clausius, 1865] трактует рост энтропии как тенденцию к выравниванию температуры по объему. Эта же мысль присутствует в книге Дж. К. Максвелла «Теория теплоты» [Maxwell, 1871. Р. 308-309]. В статье Больцмана [Boltzmann, 1877 b] содержится привязка энтропии к равномерности распределения, описывающего систему. А в «Лекциях по теории газов», опубликованных 20 лет спустя, он уже связывает вероятность состояния (а, следовательно, и энтропию) с неупорядоченностью. Всякий раз, пишет Больцман, «когда тела вступают во взаимодействие, начальное состояние образованной из них системы должно быть совершенно исключительным по своим свойствам (упорядоченным, маловероятным); такими свойствами должны обладать лишь очень немногие состояния этой механической системы при данных внешних механических условиях. Этим и объясняется, что система принимает со временем состояния, которым более не присущи такие свойства и которые мы называем неупорядоченными. Так как большинство состояний системы не упорядочены, мы называем их также вероятными состояниями» [Boltzmann, 1895-1898; Рус. пер. С. 520].

Больцман говорит здесь о связи энтропии (вероятности состояния) с неупорядоченностью как бы вскользь, между делом. По-видимому, эта связь стала уже к тому времени достаточно общим местом, не вызывающим особого интереса. В подтверждение можно указать, например, что Гельмгольц в 1883 г., т.е. в промежутке между двумя названными работами Больцмана, говорит об энтропии как мере «дезорганизации» [Helmholtz, 1883. S.972]. И, как и другие авторы, не фокусирует на этом внимания.

Сегодня идея Томсона о необратимом «обесценивании» механической энергии, обязательная для курсов физики, в оригинальных исследованиях почти не звучит, тогда как трактовка энтропии как меры беспорядка эксплуатируется в них нещадно.

Далее в настоящей главе мы будем заниматься в основном этой трактовкой. Будут кратко рассмотрены основные направления, в которых билась мысль ученых в поисках решения проблемы применимости закона возрастания энтропии. Мы предъявим эмпирические факты и аргументы в защиту тезиса о том, что «томсоновская» картина мира, в соответствии с которой порядок всегда переходит в хаос, должна быть дополнена «антитомсоновской», согласно которой, наоборот, порядок может порождаться хаосом. Только тогда картина мира примет достаточно объемный характер, отражая реальное положение вещей.





Назад     Содержание     Далее
















Друзья сайта: