Здравствуйте, дорогие друзья!
Как и обещал, сегодня я расскажу Вам что такое Энтропия максимально простыми словами. Но когда начал писать, понял что коротко не получится и разделил тему на 2 части :)
Начать, наверное, следует с определения. И боюсь, что уже на этом этапе начинаются сложности, поскольку определений у Энтропии множество :-D
Я подберу наиболее понятные определения и тезисы, которые нам понадобятся для нашего понимания, не углубляясь сильно в термодинамику и квантовую механику. На их основе, используя примеры, интуитивно понятные любому человеку с любым образованием, я постараюсь объяснить роль Энтропии в нашей жизни:
От греч. entropia — поворот, превращение - понятие, впервые введённое в термодинамике для определения меры необратимого рассеяния энергии.
Часть внутренней энергии замкнутой системы или энергетической совокупности Вселенной, которая не может быть использована, в частности не может перейти или быть преобразована в механическую работу.
Исходным положением термодинамики является постулат о равновесии, суть которого заключается в том, что любая изолированная система со временем приходит в состояние термодинамического равновесия и самопроизвольно выйти из него не может.
Принцип минимума общей потенциальной энергии — это фундаментальное понятие, используемое в физике, химии, биологии и технике. Он утверждает, что структура или тело должны деформироваться или смещаться в положение, которое минимизирует общую потенциальную энергию физической системы, при этом утраченная потенциальная энергия рассеивается как тепло. Например, шарик, помещенный в миску, переместится на дно и там будет лежать, и так же, нагруженная снегом ветка дерева будет наклоняться в нижнее положение. Нижнее положение — это положение для минимальной потенциальной энергии: это стабильная конфигурация равновесия.
Энтропия и беспорядок также связаны с равновесием. Технически, энтропия, с этой точки зрения, определяется как термодинамическое свойство, которое служит мерой того, насколько система близка к равновесию, то есть к совершенному внутреннему беспорядку.
Но, как говорится...
Итак, разбираемся.
Необратимое рассеяние энергии. Наиболее ярким примером, которым можно объяснить это свойство, является невозможность создания вечного двигателя.
Изображённый на рисунке "вечный" двигатель как и все другие попытки его создать не могут работать по той причине, что не учитывается расход энергии на трение, сопротивление воздуха, испарение воды, износ зубчатых колёс и другие факторы. И та энергия, которая израсходовалась напрасно рассеется в виде тепла и уже не вернётся в систему. Это как раз та часть внутренней энергии замкнутой системы, которая не может перейти или быть преобразована в механическую работу. Этот механизм мог бы работать если бы имел электромотор или ДВС - то есть внешний источник энергии (про это чуть далее более подробно).
Теперь про потенциальную энергию и равновесие.
Лежащий на столе предмет обладает большей потенциальной энергией чем лежащий на полу. Представьте, что на столе лежит теннисный мячик. Ему неспокойно на столе. Каким-то образом он упал на пол. Добровольно уже на стол мячик не вернётся. Вы должны потратить энергию и положить его обратно на стол. Взведённая пружина стремится расправиться, натянутая резинка - собраться. Собранная тяжёлым трудом железная руда, затем превращённая в крыло Вашего автомобиля стремится превратиться обратно в оксид железа и вернуться в почву. :-D Разбитое стекло добровольно не запрыгнет в печь, не расплавится и не превратится затем в цельный кусок стекла.
Вселенная стремится всё уравновесить. Израсходовать всю потенциальную энергию всех теннисных мячиков на всех столах во Вселенной. И тогда наступит тепловая смерть Вселенной. (Если, конечно, сама Вселенная является закрытой системой)
Вся деятельность человека (за исключением явно деструктивных действий), по сути, это борьба с Энтропией, хаосом, даже сам факт жизни человека. Мы строим жилища, чтобы защититься от сил природы. Изготавливаем и используем приспособления, помогающие нам сэкономить энергию, облегчающие труд. Производим и употребляем еду, чтобы восстанавливать силы, заменять повреждённые и устаревшие клетки новыми. То есть мы получаем внешний источник энергии и экспортируем накапливающуюся энтропию вовне через продукты жизнедеятельности. Это возможно благодаря тому, что человек (как и Земля) является примером открытой системы.
Для того чтобы понять разницу между открытой и закрытой системами, нам нужно призвать... демона. :-D дикого, но симпатишного...
Мы не будем углубляться в научные детали этого мысленного эксперимента. Надо лишь представить, что есть некий сосуд, наполненный газом, с перегородкой в середине, с окошком, которое контролирует наш Демон. Он пропускает быстрые молекулы в одну сторону, а медленные в другую и не даёт им уйти обратно. Со временем в одной части сосуда собираются только быстрые молекулы, а в другой - только медленные. Физически это проявляется тем, что левая сторона сосуда становится горячей, а правая холодной.
Это то как выглядит классический эксперимент.
Теперь я его немного модифицирую. Давайте уберём окошко и на это место посадим самого Демона и дадим ему полицейский жезл. И только он будет регулировать движение - вылавливать лихачей и отправлять в зону для лихачей. В нашем случае на то, чтобы отправлять лихачей в свой район, Демон использует силу жезла. Но жезл тратит на это энергию.
В случае закрытой системы, жезл подключён к аккумулятору и когда энергия в нём закончится, он перестанет функционировать, и с течением времени часть лихачей переместится вправо, а медленных - влево. И наступит хаос
В случае же с открытой системой, жезл Демона работает на внешнем источнике питания (который опять-таки не бесконечен). И пока есть ток в сети, будет сохраняться порядок.
Практичный пример такой открытой системы, с перемещением горячих молекул от горячего к горячему это - кондиционер, или холодильник (в природе движение происходит от горячего к холодному). Пока двери закрыты и есть ток - будет сохраняться нужная температура.
Таким образом, человек, являясь открытой системой, поддерживает упорядоченность внутри своего организма, получая энергию извне и экспортируя накапливающуюся энтропию. По идее при постоянном источнике энергии мы могли бы жить вечно. Если бы в дело опять не вмешалась коварная Энтропия.
Клетки нашего организма постоянно обновляются и, по мнению учёных, они полностью заменяют себя каждые 7-10 лет.
Более подробно про обновление клеток, омоложение и долголетие я напишу в следующих публикациях (гормезис).
Вкратце, для того, чтобы обновить клетку, организму нужно синтезировать соответствующие белки. Информация о которых закодирована на определённых участках ДНК. Со временем из-за воздействия внешних и внутренних факторов участки ДНК повреждаются и происходят мутации, и информация считывается неверно. Это приводит к тому что образующиеся новые клетки уже не на 100% соответствуют оригиналу. На деле это проявляется потерей упругости кожи, морщинами, седыми волосами, потерей мышечной массы, хрупкостью костей, одним словом - старением.
Если уж совсем по-простому, то любому человеку на уровне интуиции понятно, что разбитый кувшин уже не соберёшь обратно, а старение неизбежно приближает нас смерти.
К этому моменту Вы, наверное уже начали думать: "вот же ж вредина эта Энтропия!". Но всё не так однозначно.
На этом, пожалуй, лучше закончить эту часть чтобы не перегружать информацией, и дать уложиться в голове той, которую Вы уже получили.
В следующей части я расскажу почему Энтропия это не однозначно отрицательное явление и, заодно, расскажу про смысл названия и логотипа Энтропиометра.
Благодарю за прочтение! Если Вам понравилась статья, пожалуйста поставьте лайк, и обязательно подпишитесь на канал, чтобы не пропустить следующие статьи, делитесь с друзьями - так Вы сможете поддержать меня как автора - это очень поможет как в продвижении канала, так и самому проекту.
