Insatiabil entrópia

Mit gondolsz, miért eszünk? Szabványos és ugyanakkor nagyon pontatlan, sőt, inkább a helytelen válasz: energiát kapunk. És mi a helyes? Most elmondom. De kezdjük az entrópiával.

Az entrópia nagyon összetett és sokrétű fogalom. Egyfajta bika-zakalyaka, amely mindent átszel körülöttünk. És ha megpróbálja meghatározni, hogy mi az, akkor ez egy rendellenesség, a káosz mértéke. És az entrópia tökéletesen ártalmatlan tényből született: nem lehet melegebb, mint meleg. Éppen ellenkezőleg, valami forró melegíti ezt a hideget, és addig a pillanattól, amikor nincsen termikus egyensúly ezen két tárgy között. A frissen forralt forró tojás, ahogy ismeretes, nagyon gyorsan lehűl, ha hideg vízbe helyezi, de ez a víz egyszerre felmelegíti. Mindketten meleg lesz. A tojást kényelmesen meg lehet enni, és vizet önthet, ha nem talál más felhasználást: előbb-utóbb azonban még mindig lehűl, egyenlő a konyhában lévő levegő hőmérsékletével. A fentiek mindegyikét a fizika a termodinamika második törvényének nevezi. Ez a második alapelv, nem következik semmiben. Ez nem nagyszerű elméletek következménye, és nem a kifinomult tételekből származik. Ez csak egy megfigyelhető tény. Azt állítjuk, hogy ez így van, mert senki sem látta a világunkban, hogy a hideg még melegebb.

És az entrópia ennek a ténynek a következménye. A rendszerben a maximális entrópia (káosz) (tojás, hideg víz és levegő a konyhában) akkor keletkezik, amikor a rendszer termodinamikai egyensúlyba kerül, vagyis a tojás, a víz és a környező levegő hőmérséklete megegyezik. Ha a tojást még mindig nem melegíted, természetesen. Úgy tűnik, hogy amikor minden kiegyensúlyozott, akkor teljes rendelést kap. De nem. Körülbelül. És ez a rendszer belső mikroállapotának, molekulaszintjének köszönhető.

Képzelje el az összes olyan számtalan molekulát, amely a konyhában levegőt alkot. Teljesen rendetlenek, kaotikusan kopottak az egész hatókörében, ütköznek és folyamatosan változó irányba mutatnak. És minél magasabb a hőmérséklet (nyári hőség, és nem állította be a klímaberendezést), annál gyorsabban és ennélfogva kaotikusak ezek a molekulák. Ezért az első következtetés: minél magasabb a rendszer hőmérséklete, annál nagyobb a káosz mértéke, vagyis az entrópia. De nézze meg ugyanazt a levegőt a konyhában a másik oldalon. Nem számít, milyen furcsának tűnhet, a levegőmolekulák mozgásának kaotikus és véletlenszerűsége miatt, hogy nem koncentrálnak egyik sarokba, hanem egyenletesen eloszlanak a kötetben. Ha a levegő másképp viselkedett, akkor utána kell futnunk, megpróbálva meghatározni minden egyes lélegzet előtt, hogy milyen szögben üti meg ezt az időt. De hála Istennek, a levegőmolekulák általában a legmegbízhatóbb, legvalószínűbb módon viselkednek: mint minden gáz, a levegő fog minden szükséges mennyiséget felajánlani. Konyha - tehát a konyha, a Föld egész medencéje - így az egész medence (az űrbe, mint tudják, nem a súlyosság miatt repül).

Ez nem nagy entropikus levegő a konyhában. Ez az alacsony entrópiás levegő, "vezetett" egy edénybe. És azt gondoltad, miért ilyen drága ...

És fordítva. Ha konyhánk egyik sarkába szeretnénk vezetni a levegőt, sok leleményességre, energiára és energiára lesz szükségünk. Nyilvánvaló, hogy szükség van valamilyen lezárt partíció megfelelően erőteljes szivattyút, néhány erőmű etetni ezt a szivattyút, és így tovább. D. Más szóval, hogy bizonyos a levegőben viselkednek szervezett módon, szükségünk van egy csomó munka. Ez az egyetlen mód arra, hogy megpróbáljuk megtörni a legvalószínűbb magatartását, és összegyűlni a kedvelt sarokba. Ugyanakkor csökkentjük a rendellenességének mértékét: csökken a rendszer entrópiája. Ebből következik: minél kevésbé valószínű, hogy a rendszer mikroállapotja megszerezhető, annál kisebb a rendszer entrópiája, vagyis annak rendellenessége. És fordítva. És mivel a termodinamikai egyensúly bármely zárt rendszer legvalószínűbb állapota, akkor ez az állapot lesz a leginkább entropikus.

Valaki, ez a történetem valami absztraktnak, nem túl jelentősnek tűnhet: mi is érdekel bizonyos rendszerek mikroállapotai, még akkor is, ha a tojásról van szó, amelyet reggelire fogunk enni. Valószínűtlen, hogy az a tény, hogy a tojás termodinamikai egyensúlyba kerül hideg vízzel, amelyet célszerűen lehűlni hűlni, elhamvasztja étvágyunkat. És a levegő, hála Istennek, viselkedik a legmegfelelőbb, legvalószínűbb magunk számára és a várakozásaink szerint. De sajnos ezek nem absztrakt beszélgetések. Az entrópia az, hogy minden ebben a világban és ez a világ maga halálhoz vezet.

Van egy törvény, amely nem higgadó entrópia. Valójában biztonságosan mondhatjuk, hogy ez az entrópia állandó növekedésének törvénye, a nem-visszatartás olyan rendszerekre vonatkozik, amelyek elérték termodinamikai egyensúlyukat, vagyis maximális entrópiájukat. Minden más esetben csak az entrópia növekedéséről beszélünk. Mi fog történni a tojásainkkal, a vízzel és a levegővel a konyhában (attól tartok, hogy eléggé zavarják, de hamarosan hagyjuk őket egyedül) amikor elérik a hőmérsékleti egyensúlyukat? Ha zárt rendszerként tekintjük őket, vagyis elszigeteljük a külvilágtól, akkor ez a rendszer végül eljut a pihenés befejezéséig, bármilyen folyamat is megáll. Ez lesz a halál béke, örök béke. Kivételt képeznek azonban a bizonytalanság elvével kapcsolatos különböző kvantumhatások, de itt hagyjuk őket a zárójelek mögött, hogy ne keverjük össze. Az entrópia miatt nem lehet örök mozgatógépet létrehozni, mert minden zárt rendszer fejlődése véget kell vetni a teljes békében.

Univerzumunk valószínűleg zárt rendszer. Legalábbis ez a legtöbb tudós gondolkodik: nincs tudományos bizonyíték arra, hogy kívülről bármi történik. Minden zárt rendszer hajlamos a termodinamikai egyensúlyra. Az a tény, hogy Univerzumunk entrópiája folyamatosan növekszik, kétségtelen tény. Amikor a fizikusok megbecsülni az entrópia háttérsugárzás, amely elhagyta a Big Bang és ami áthatja az egész univerzumot, és ezek saját szavai, csak döbbenten (CH: Roger Penrose császár új Mind.). És amíg a közelmúltban, a legvalószínűbb forgatókönyv a halál a világegyetem úgynevezett hő-halál, vagyis a világegyetem, mivel úgy tűnt, majd fejezze be a módja annak, hogy elérje a termikus egyensúlyt hőmérsékleten közel abszolút nulla. Egyszerűen tegye - fagyassza be.

De amikor a fekete lyukak entrópiáját értékelték, nyilvánvalóvá vált, hogy ez, és ennélfogva az egész univerzum entrópiája sok nagyságrenddel nagyobb, mint amit el lehet képzelni. Univerzumunk rendszernek az egyensúlyi pontja egy szupermasszív fekete lyuk egyensúlyának kell lennie. Nem létezik egyetlen tudományosan megalapozott optimista forgatókönyv a világunk fejlődéséhez: a halál elkerülhetetlen.

A körülöttünk látott világ meg van ítélve, mert az az önpusztítás állandó törekvésén alapul: a zavar legnagyobb értéke és az energia minimuma. Minden mező megpróbálja kiszűrni a felesleges energiát kvantum létrehozásával; minden gerjesztett elektron extra fotont ad bármely kényelmes alkalomhoz, hogy alacsonyabb energiaszintre engedjen; minden kő az első alkalomnál készen áll arra, hogy lehajtsa a hegyet, hogy megszabaduljon a felesleges potenciális energiától.

A szempontból a modern tudományos ismeretek szerint ez természetellenes világunk néz ki, nagyon megszületett a világegyetem, a formáció a csillagok és a bolygók (általában anyagok), az élet eredete, kialakulása a tudat. Mindezek a jelenségek nyilvánvalóan ellentétben állnak a világ fejlődésével. Természetesen a helyi, egyedi kis sarkában a világegyetem lehetséges túlsúlya negatív entrópia (a kifejezés negatív entrópia, azaz az intézkedés ellentétes folyamat - így rendezettebbé, később látni fogjuk, hogy szinte mindig negatív entrópia megegyezik egy ilyen koncepció, mint információ). De ehhez meg kell fizetni az entrópia növekedését ilyen kivételes sarkok körül.

Miért enni? Annak érdekében, hogy az ember számára szükséges energiát megkaphassa, elegendő egy nyári nap vagy egy kályha-hamburger a hidegben. És sokunk számára ez nem szükséges: ne feledd, a tömeg arányos az energiával. Mérlegelted már hosszú ideig? Minden ember ugyanolyan mennyiségű hőenergiát ad a környezetnek, mint kívülről. És ha többet kapott, mint ő adta, akkor folyamatosan növekedni fog a méretben (ami sokan közülünk történik). De ne feledjük, hogy mennyi energiát a szervezet tölti fel, hogy megszabaduljon a felesleges hőt (vysokoentropiynoy) energia hővé (!): Intenzív munka a verejtékmirigyek, értágulat, gyors légzés és a szívverés ...

Tény, hogy az ételekkel előbb-utóbb negentrópiát kapunk. Az ember - egy nagyon erősen szervezett lény, vagyis sajnálom a kifejezést, a teremtmény alacsony entrópiájú. Ennek az állapotnak a fenntartásához szüksége van ennek a legalacsonyabb entrópiának a forrására. Ez a forrás számunkra egy olyan növény, amely megtanulta a fotoszintézist és képes szerves (összetett és valószínűtlen, ezért alacsony entropikus) anyagokat létrehozni a napfény hatása alatt. A fény látható spektruma a sugárzás viszonylag kis entropikus formája. A növények (és bizonyos mikroorganizmusok) arra használják, hogy a légköri szén-dioxidot oxigénre és szénre osztják, majd összetett szerves szerkezetet alkotnak. Ebben az esetben hőt adnak a környező térbe, ugyanakkor nagyon entrópiás, infravörös sugárzás.

A növényeket közvetlenül, közvetetten, hús, hal és egyéb állati eredetű termékek fogyasztásával is megemésztjük (világos, hogy azok, akik megeszik, egészen a közelmúltig ettek a növények, vagy azok, akik ettek a növények). És így bonyolult szerves vegyületeket kapunk, amelyekből tovább építjük magunkat, beleértve a komplex (kis entropikus) energiarendszerünket. És kívülről, ismét a hő és a viszonylag nagy entropikus szén-dioxid a légzés alatt. Ha az állatok, beleértve az embert is képesek voltak fotoszintézisre, akkor talán egyáltalán nem volt szükségük táplálékra a külső környezet kényelmes hőmérsékletén. Ez az ásványi műtrágya. Természetesen a víz. Nem tudom, én egy ilyen hipotetikus lehetősége valamilyen okból nem nagyon boldog: hogy is szeretnek enni, vagy arrogáns hozzáállása a növény, és nem akar lenni, mint ők. Mindkettő valószínűleg nem túl jó. De egy dolog nyilvánvaló: a munkamegosztás nemcsak az emberi társadalomban, hanem az élő természet egészében is célszerű.

Az entrópia alárendelte az anyagot és az energiát. Ő maga is elnyomta az időt. A világunkat leíró fizika alapvető egyenletei időben szimmetrikusak. Vagyis a jövő és a múlt a fizika szempontjából teljesen egyenrangúak. A klasszikus mechanika, és a kvantum és a hullám Maxwell-egyenletek, és a relativitáselmélet, mindenhol (van egy kivétel, amely kapcsolódik a nukleáris fizika, az úgynevezett gyenge kölcsönhatás, de mi következik ez a kivétel, maguk nukleáris fizikusok még mindig nem értem) . Az egyenletek - ezért egyenletek is, hogy a bal oldali egyenlő a jobb oldallal. Más szóval, az időnek nincs semmilyen iránya: a múltból a jövőbe, a jövőből a múltba - mindehhez. Ha nem az entrópiához!

A lényeg az, hogy a csészében az ősszel érkező energia alapvetően hővé vált. A töredékek és a tea atomja a padlón (ami szintén kicsit meleg volt) kezdett egy kicsit gyorsabban, kaotikusabb mozdulni. Vagyis a rendszer entrópiája nőtt. És ahhoz, hogy visszavigyék őket korábbi, szervezett államukba, szükség van ezeknek az atomoknak a hihetetlenül pontos visszafelé történő beállítására, ami valószínűleg egyszerűen lehetetlen. Nem is beszélve arról, hogy a keletkező hő egy része azonnal eloszlik a környező térben. Természetesen, ha emlékszel a kvantummechanika törvényeinek, akkor még mindig remélem, hogy az összes milliárd, milliárd, milliárd csészék, poharak, bor szemüveg, bor szemüveg, tányérok, tálak, csészék, és így tovább. D. esett a táblákat az emberiség történetében, legalább egy (vagy egyet) összegyűlt, és még mindig az eredeti helyére ugrott. De őszintén szólva, hiszed a tanúkat egy ilyen eseménynek? A legjobb esetben döntsön arról, hogy ezek a tanúk túl sokat ivott a poharak, poharak, poharak és poharak tartalmában, és egyáltalán nem teát. Bár a fizika törvényei nem tiltják az ilyen eseményeket. De ők, ezek az események nagyon ritkák, ezért leginkább a csodákra, és legrosszabb esetben a hallucinációkra tulajdoníthatjuk őket.

Nem látjuk sült sült tojás, összejövetel friss tojás a hátsó, kandalló hamu, ismét fordult tűzifa, kockacukrot, kiugrott a forró kávé közvetlenül kezébe az, aki oda őket. Az idő nekünk csak egyetlen irányba áramlik. És az irány az entrópia, és csak ez. És ez az irányzat, ahogy rájöttünk, meglehetősen komor: a pusztulás és a halál. Általában egy kicsit idősebb, kezdjük észrevenni ezt a saját, és körülnézett. De hiába azt mondjuk, hogy az idő feloldhatatlan. Érdekelhetetlen, valójában entrópia.

És itt szeretnék visszatérni a szingularitás fogalmához, amint azt az előző cikkben tárgyaltuk. Részletesebben tárgyaltuk, hogy mi lesz a világ véges szingularitása (vagy véges szingularitása). A fekete lyuk szingularitása a leginkább entrópikus rendszer, amely az emberiség számára ismert. De ugyanaz a kép azt mutatja, hogy a világunknak a legelején nagyon rendesnek kellett lennie. A Big Bang-t létrehozó kezdeti szingulettségnek szokatlanul alacsony entropikusnak kellett lennie, mert a világban megfigyeljük, hogy az entrópia folyamatosan növekszik, ami azt jelenti, hogy egyszer alacsony vagy egyenlő nullával. A mai kozmológia a megoldatlan titkok és a megoldatlan misztériumok területe. De a világ kezdeti állapotának titka talán a legnagyobb.

Roger Penrose becslése szerint az entrópia értéke a világegyetem végső összeomlásához: 1010123! Ezért bemutatásán keresztül a fázis térfogata (a fázis tér - ez a készlet minden államban egy adott időpontban a rendszer a fázis helyet a rendszer állapotát írja le a koordinátákat egy pont, és az egész evolúció a rendszer -. A mozgalom a ponton) Penrose a következtetést vonja le, hogy a valószínűsége, hogy a világ, amelyben a A termodinamika második törvényét ismertté vált formában figyeltük meg.

Ez az érték azt jelzi, hogy mennyire pontos a Teremtő terve: a pontosság körülbelül 1010123 volt! Ez egy csodálatos pontosság. Egy ilyen számot nem lehet teljesen kinyomtatni a szokásos kalkulus-rendszernél: 1 az alábbi 10¹²³ nullával 1 lenne. Még akkor is, ha tudnánk írni "0" -ot minden egyes protonra és minden neutronra a világegyetemben, és minden más részecskét felhasználni erre a célra, számunk továbbra is befejezetlen marad. (R. Penrose, A király új elméje)

Megjegyzem, hogy a matematika 1/1050 alatti valószínűségeket nullának tekintik, és ezeket nem veszi figyelembe a számítások, és ez a szám a decimális rendszerben rögzítve könnyen illeszkedik egy szabványos papírlap egy sorába.