Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Кадомцев Б.Б. -> "На пульсаре" -> 41

На пульсаре - Кадомцев Б.Б.

Кадомцев Б.Б. На пульсаре — Ижевск: НИЦ, 2001. — 128 c.
ISBN 5-85504-013-5
Скачать (прямая ссылка): napulsare2001.djvu
Предыдущая << 1 .. 35 36 37 38 39 40 < 41 > 42 43 44 45 46 47 .. 49 >> Следующая

Насколько увеличивается энтропия S*, ровно настолько же уменьшается
количество информации.
110
11. Нелинейность и самоорганизация
В термодинамике доказывается, что энтропия замкнутой системы монотонно
возрастает, пока не достигнет своего максимума. Этим и выражается
свойство необратимости в терминах физических величин. Если мы имеем
вначале какую-то структуризованную физическую систему, например, чашечку
с кофе, то она обладает высокой степенью упорядоченности, которую можно
выразить в терминах информации. Необратимый процесс, когда чашечка падает
и разбивается, приводит к разрушению структуры и уменьшению
соответствующей информации. А энтропия при таком необратимом процессе
возрастает.
Таким образом, информация выступает в роли меры порядка, а энтропия -
меры беспорядка. Другими словами, мерой порядка служит энтропия с
обратным знаком. Именно поэтому французский физик Бриллюэн ввел понятия
негэнтропии - энтропии с обратным знаком, как меры упорядоченности
системы. Можно сказать, что чем больше негэнтропия, тем добротнее и
упорядоченнее система. А по мере деградации этой системы вследствие
необратимости негэнтропия уменьшается, и в любой замкнутой системе именно
в этом направлении и идет процесс. Другими словами, то, что чашечка с
кофе разбивается, это вполне естественно и соответствует направлению
стрелы времени в необратимых процессах.
Но опять возникает вопрос, а как же чашечка с кофе могла возникнуть, если
все необратимые процессы приводят к монотонному возрастанию энтропии, т.
е. в конце концов к мертвому тепловому равновесию? И другой вопрос: а как
же возникла первоначальная запись на табло, если любой процесс необратим
и необратимость ведет к разрушению текста? Ответ напрашивается сам собой
- и в том, и в другом случае упорядоченные структуры появляются извне,
откуда-то из-за пределов рассматриваемой системы.
Чтобы описывать эти процессы, физики придумали понятие открытой системы.
Открытая система имеет возможность постоянно обмениваться с внешней
средой энергией и негэнтропией. Она как бы получает "питание" извне,
чтобы избежать необратимого приближения к равновесию.
Понятие открытой системы частично снимает поставленный выше вопрос, но
побуждает поставить новый вопрос. Ведь если мы к данной открытой системе
присоединим внешнюю среду, то мы снова получим замкнутую систему. А в
замкнутой системе энтропия может только возрастать. Возникает парадокс.
11. Нелинейность и самоорганизация
111
Впрочем, этот парадокс только кажущийся, и для его разрешения можно
привести следующую аналогию. Вы согласитесь, наверно, что вода всегда
течет вниз. Но еще в древности было известно, что систему орошения можно
устроить по следующей схеме. К водяной мельнице можно присоединить насос
вместо жерновов, и тогда малая часть потока реки может накачиваться
насосом на большую высоту. Основная часть потока по-прежнему устремляется
вниз, но какое-то количество воды из этого же самого потока может
подниматься на большую высоту.
Аналогичный процесс может осуществляться при неравновесном переходе
системы к состоянию с максимальной энтропией. В целом по системе энтропия
возрастает, но в отдельных ее малых частях энтропия может убывать. Именно
эту часть системы можно назвать открытой системой, и притом системой с
самоорганизацией, т. е. с возрастанием ее упорядоченности. Внутри такой
системы качество энергии может повышаться - ее негэнтропия будет
возрастать, а энтропия уменьшаться. Но при этом такая система должна
порождать в себе и выбрасывать наружу избыточную энтропию. Другими
словами, эта открытая система должна потреблять энергию хорошего
качества, с малой удельной энтропией, т. е. с высокой степенью порядка, а
выбрасывать она должна "отходы". Только в этом случае открытая система
может поддерживать свою упорядоченную структуру или даже усложнять ее и
развивать. Как вы видите, мы с вами шаг за шагом приближаемся к пониманию
жизни. Чтобы сделать следующий шаг, рассмотрим еще один крайне упрощенный
пример.
На рисунке 41 изображено пламя свечи, которое мы можем рассматривать как
открытую систему. К пламени, которое мы считаем находящимся в
стационарном состоянии, непрерывно по мере сгорания пододвигается
стержень воска с фитилем внутри, а снаружи - кислород из окружающего
воздуха. Вверх от пламени поднимается струя углекислого газа - продукта
сгорания воска.
Пламя является самоорганизующейся системой - его размеры автоматически
подстраиваются таким образом, чтобы согласовать их со скоростью подъема
жидкого воска по капиллярам фитиля. Исходные продукты для поддержания
пламени - воск и кислород - имеют гораздо меньшую удельную энтропию, чем
СОг - продукт реакции. Таким образом, перед нами явно неравновесный
процесс повышения энтропии системы. Однако само пламя не разрушается
необратимым образом. Напротив, оно поддерживается в устойчивом
стационарном состоянии с постоянным обновлением вещества, из которого оно
Предыдущая << 1 .. 35 36 37 38 39 40 < 41 > 42 43 44 45 46 47 .. 49 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed