imagesvsjo-chto-ni-delaetsja-vsjo-k-ubyvaniju-thumb.jpg

Притча о том, что всё, что ни делается – всё к лучшему

В итоге система упорядочится по сравнению с исходным состоянием, энтропия уменьшится, и второе начало термодинамики будет нарушено. Энтропия — это то, что всё в этом мире и сам этот мир направляет к смерти.

Под необратимыми подразумеваются процессы, сопровождающиеся возрастанием энтропии всей замкнутой системы. Процессы, которые были бы их повторениями в обратном порядке — не могут происходить, так как при этом энтропия должна была бы уменьшиться. Второе начало термодинамики — физический принцип, накладывающий ограничение на направление процессов, которые могут происходить в термодинамических системах.

Притча о том, что всё, что ни делается – всё к лучшему

В самом деле, допустим, что постулат Клаузиуса неверен, то есть существует процесс, единственным результатом которого была бы передача тепла от более холодного тела к более горячему. В результате получается, что мы совершили работу только за счёт отъёма теплоты от нагревателя, то есть постулат Томсона тоже неверен.

Закон неубывания энтропии

Тогда можно отнять часть тепла у более холодного тела и превратить в механическую работу. Эту работу можно превратить в тепло, например, с помощью трения, нагрев более горячее тело. Значит, из неверности постулата Томсона следует неверность постулата Клаузиуса. В состоянии с максимальной энтропией макроскопические необратимые процессы (а процесс передачи тепла всегда является необратимым из-за постулата Клаузиуса) невозможны.

Этот недостаток был устранён Каратеодори в работе «Об основаниях термодинамики» (1909). Каратеодори рассматривал множество состояний, достижимых адиабатическим путём (то есть без теплообмена с окружающей средой). Однако подобное применение физического закона является некорректным, так как энтропия не убывает только в замкнутых системах (сравн. У первого начала было три автора: Майер, Джоуль и Гельмгольц; у второго — два: Карно и Клаузиус, а у третьего — только один: Нернст.

VI. Ненасытная энтропия

Термодинамика — это раздел физики, изучающий соотношения и превращения теплоты и других форм энергии. Первое начало термодинамики — это старый добрый закон сохранения энергии: энергия, а значит теплота, не может появляться из ниоткуда или исчезать в никуда.

Законы термодинамики в пух и прах разбивают заветную мечту человечества. Для тепловых машин они запрещаются первым началом термодинамики, который и есть альтернативная, специальная формулировка закона сохранения энергии. Сложнее с вечными двигателями второго рода. Энергия вроде и есть, вот они, молекулы, носятся туда-сюда, но, сцуко, получить её без «холодильника» невозможно.

Клаузиус, давший простую формулировку о невозможности передачи тепла от менее нагретого тела к более нагретому, повтыкал в получившуюся формулу. Потом записал её для бесконечно малого изменения теплоты, дунул… И решил, что если всё поделить на температуру, то будет более красиво. Примерно в том же историческом периоде жил-был и творил Людвиг Больцман. И надо было ему как-то пришить пизде рукав свои результаты к результатам Клаузиуса, и он таки взял и пришил.

Кусков может быть много, и каждый из них может быть почти в любом месте и как угодно повёрнут. Второе состояние более хаотично, это понятно интуитивно, а если каждому положению чашки или её части приписать вероятность, то через подсчёт энтропии это будет понятно не интуитивно, а количественно.

Кроме шуток, в таком определении (как меры хаоса) понятие энтропии распространилось на разные близлежащие области, например, в теорию информации. Как и полагается демонам Максвелла, всю жизнь они занимались открыванием и закрыванием дверей.

И наоборот — из правой части в левую он будет пропускать только молекулы холодного газа, и не пропускать молекулы горячего. Через какое-то время газ в контейнере разделится на две части: в одной половине останется холодный газ из медленных молекул, в другой — горячий из быстрых. Более того, разницу температур можно будет использовать для получения работы (гуглим цикл и теорему Карно). А если такого вахтёра оставить на дежурстве навечно (или хотя бы организовать сменное дежурство), то и вовсе получается вечный двигатель.

Возрастание энтропии или самоорганизация материи?

Как и в случае с демоном Лапласа демона Максвелла добила квантовая механика. Демон, да не тот. Есть два разных, но дополняющих друг друга объяснения.

При переходе в равновесное состояние энтропия увеличится. Разбитая чашка и разлившийся чай увеличили энтропию. Энтропия изолированной системы стремится к максимуму. Закон вроде бы и прост, да только при всей его кажущейся простоте является одним из самых трудных и часто неверно понимаемых законов классической физики. Есть в нём одно мерзкое словечко, которому иногда уделяется недостаточно внимания — это словечко «изолированной».

С точки зрения термодинамики существуют системы открытые, закрытые и изолированные. Дело в том, что подобные ощущения типичны для большинства людей, находящихся в состоянии полужизни, особенно в начале её, пока связи с прежним миром ещё сильны. В медленно умирающей вселенной сохраняется их собственный изолированный мирок, который, однако, нестабилен, потому что лишён какой бы то ни было энергетической подпитки.

Шеннон собрал все эти довольно-таки банальные соображения в кучу, и связал информацию с вероятностью появления символа. Впрочем, является ли Вселенная изолированной системой строго не доказано, есть пачка вполне научных теорий, в которых Вселенных много, и они даже могут как-то взаимодействовать друг с другом.

Читайте также: