Даже если вы никогда не смотрели в микроскоп на полированный металл, то точно хотя бы раз слышали, что у этого материала есть структура. Он состоит из зёрен, а зёрна построены из атомов.
Сами же атомы объединяются в кристаллические решётки. Это сложные конструкции, которые обычно подразумевают закономерное расположение атомов.
Собственно, аналогичным образом с той или иной степенью упорядоченности будут устроены абсолютно все материалы. Молекулы, атомы и даже субатомные частицы будут иметь внутри себя некоторую упорядоченную конструкцию.
И тут у человека думающего и хоть немного интересующегося наукой возникает противоречие - второй закон Термодинамики утверждает, что энтропия во Вселенной всегда растёт и мера беспорядка всегда становится больше. Чашка никогда не склеивается обратно сама, а горячие блины всегда остывают. Как же получается, что Вселенная допускает существование абсолютно любых материалов с их правильной структурой?
Неоднозначность роста энтропии
Тут есть сразу несколько интересных процессов и одно очень большое когнитивное искажение. Прочитав что-то про энтропию мы справедливо считаем, что она всегда возрастает. И в общем-то, в окружении мы тоже постоянно наблюдаем этот принцип.
Но второе начало термодинамики требует увеличения энтропии только в изолированной системе (то есть всей Вселенной), но не в её отдельных частях. Впрочем, тут можно было бы поспорить насколько вся Вселенная изолированная, но это предмет совсем другой беседы и однозначности тут нет. Но относительно проблемы энтропии такой ответ вполне подходит.
Из этих знаний есть интересное следствие. Локальное упорядочивание не только возможно, но оно ещё и помогает энтропии всей системы неустанно расти. Дальше начинается игра в бе-бе. Для понимания того, почему в конкретной зоне энтропия вдруг стала меньше и упорядочивание возросло, нам нужно проанализировать абсолютно все взаимодействия. Это сложно, но всегда вы найдёте эту общую мысль и нить.
Отличный пример с вашей кухни
Вот вам пример с вашей кухни. Там скорее всего есть холодильник. Продукты внутри охлаждаются. Охлаждение и понижение температуры приводит к тому, что внутри продуктов начинают формироваться кристаллы льда и процессы замирают. Энтропия локально уменьшается. Но холодильник не работает сам. Он потребляет электричество из розетки.
При этом работа компрессора подразумевает выделение тепла. Электрическая сеть тоже. А само электричество скорее всего получено в результате сжигания материала (например, уголь).
Расчёты тут показывают, что энтропия увеличивается больше, чем уменьшилась в продуктах. Работа превращается в тепло, которое рассеивается и увеличивает энтропию среды.
Такие холодильники разбросаны по всему космосу и если вы проанализируете абсолютно любой упорядоченный процесс, то точно увидите, что где-то и с чем-то он будет уравновешиваться и энтропия в общей сумме вырастет. Всё дело в том, что мы постоянно имеем дело с локальными зонами, в которых упорядочивание действительно есть. Но в масштабах Вселенной всё иначе.
И всегда локальное уменьшение энтропии (создание упорядоченных структур — материалов, кристаллов) происходит за счёт большего увеличения энтропии в окружающей среде.
Так как тогда возможны материалы?
Что же касается формирования материалов из атомов - думаю теперь вы понимаете суть. Существование структуру никак не противоречит второму закону термодинамики, как и локальный порядок.
Более того, многие ученые описывают процесс создания сложных структур и порядка как формирование Вселенной машин, которые помогают ей увеличить рост энтропии. В некотором смысле, это подразумевает, что система таким образом наоборот растит беспорядок.
Потому держа сейчас в руках мышку или телефон вы должны понимать, что этот фрагмент упорядоченного материала появился только благодаря тому, что где-то энтропия стала чуточку больше.
💖 Статья написана человеком
Не забывайте ставить лайки статье и подписываться! Это очень важно для развития проекта, а вы будете видеть ещё больше интересных статей в ленте! На канале есть премиум, где много интересного.