Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Эбилинг В. -> "Физика процессов эволюции" -> 28

Физика процессов эволюции - Эбилинг В.

Эбилинг В., Энгель А., Файстель Р. Физика процессов эволюции — М.: УРСС, 2001. — 342 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikaprocessovevolucii2001.djvu
Предыдущая << 1 .. 22 23 24 25 26 27 < 28 > 29 30 31 32 33 34 .. 176 >> Следующая

Но вернемся еще раз к энтропии. Имеется веское основание считать, что энтропия и энергия — физически различные величины. Действительно, все основные законы, описывающие движение частиц или электромагнитные поля, могут быть записаны в виде обратимых уравнений. Это означает, что каждое движение, каждый процесс в принципе могут протекать одинаково как в одну, так и в другую сторону — как вперед, так и назад. Например, если мы снимем на кинопленку обращение спутника вокруг Земли и прокрутим фильм один раз «вперед», а другой раз «назад», то по тому, что мы увидим на экране, невозможно установить, какой из вариантов «правильный». Что же касается второго начала термодинамики, то оно задает направление времени: энтропия со временем не убывает, а может лишь возрастать или оставаться постоянной. Применительно к нашему примеру с фильмом правильным, или «настоящим», является то направление времени, в котором энтропия не возрастает. Это хорошо заметно хотя бы при просмотре видеозаписи футбольного матча: с первого же взгляда совершенно очевидно, в каком направлении в действительности протекала игра.
Принято говорить, что основные уравнения динамики частиц и полей «симметричны» относительно обращения времени, тогда как второе начало термодинамики несимметрично относительно обращения стрелы времени. Такое явление, как выбор одного из двух симметричных (в некотором смысле эквивалентных) вариантов и отбрасывание другого, принято называть нарушением симметрии. Мы часто будем встречаться с нарушениями симметрии в связи с самоорганизацией: нарушение симметрии по существу представляет собой основное явление в образовании структур.
3.2. Начала термодинамики и самоорганизация
Один из ключевых вопросов состоит в том, каким образом в природе вопреки царящей повсюду неизбежной диссипации энергии возникают высокоорганизованные структуры и беспрестанно могут образовываться все новые и новые структуры. Диссипация («обесценивание») энергии — фундаментальное свойство реального процесса, сформулированное во втором начале термодинамики как закон природы.
По Клаузиусу, справедливо следующее утверждение: энтропия в замкнутой системе непрестанно возрастает до тех пор, пока не достигает своего максимального значения в состоянии термодинамического равновесия.
Так как, по Больцману и Планку, между энтропией S и термодинамической вероятностью W существует соотношение
S = kBlnW (3.1)
(кв — постоянная Больцмана), увеличение энтропии соответствует переходу в более вероятные состояния, и последние более неупорядочены. Еще в прошлом столетии основатели термодинамики пришли к заключению, что порядок может возникнуть только при условии, если к системе подводится высокоценная энергия, а от системы отводится малоценная энергия. Майер и Больцман особенно подчеркивали роль Солнца как движущей силы структурообразования на нашей планете.
Основными законами термодинамики являются три начала термодинамики и фундаментальное уравнение Гиббса. Рассмотрим макроскопическую систему, характеризуемую по доказанной теореме такими экстенсивными переменными, как энергия Е, энтропия S, объем V и количества химических компонент N\, N2,..., N3, а также такими интенсивными переменными, как температура Г, давление р и т. д. В качестве единицы количества вещества мы используем в зависимости от целесообразности 1 частицу или 6,023 • 1023 частиц. В общих формулах выбор единицы не играет никакой роли.
Приведем краткие формулировки трех начал термодинамики.
Первое начало. Энергия не рождается и не исчезает. Энергия — количественная величина, баланс которой может быть записан в следующем виде:
dE = deE + diE. (3.2)
Иначе говоря, изменение количества энергии в системе равно сумме двух вкладов, учитывающих, соответственно, обмен энергией и производство энергии. Поскольку энергия не может ни рождаться, ни исчезать,
<ЬЕ = 0.
Что же касается члена, описывающего обмен энергией, то его можно представить в виде суммы совершенной работы и подведенного тепла:
deE — d! А d! Q.
В случае квазистатического процесса обменный член можно представить в виде билинейной формы
deE = UdLi 4- X) ^d,Nk + d!Q. (3.3)
Здесь Z, и Ь, — сопряженные переменные работы, например, — -р и Lt = V; fit — химический потенциал fc-й компоненты; dcNk — изменение числа частиц, вызванное обменом; d'Q — часть потока энергии, не связанная с изменением координат работы или с обменом частицами. В реальных (необратимых) процессах необходимо учитывать еще один вклад — <1 Анеабр:
deE = ^2 UdLi + ^2 fikdeNk 4" d> ^необр + d'Q. (3.4)
Здесь d'AueoGp — часть работы, связанная с необратимыми процессами, происходящими внутри системы, например, с трением.
Второе начало. Энтропия может только рождаться, но не уничтожаться. Энтропия — также количественная величина, баланс которой можно представить в виде
Предыдущая << 1 .. 22 23 24 25 26 27 < 28 > 29 30 31 32 33 34 .. 176 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed