Концептуальные основания физики, страница 13

На основе этих представлений к началу XX века формируется концепция «тепловой смерти» Вселенной. Если все то множество необратимых процессов, которое происходит в природе, сопровождается уменьшением механической энергии, то, в конечном счете, все должно привести ко всеобщему параличу, или, говоря иначе «тепловой смерти Вселенной».

Но такой вывод правомочен лишь в случае постулирования тоталитарности Вселенной как замкнутой эмпирической данности. На самом деле абсолютно замкнутых систем не бывает. Большинство систем являются незамкнутыми или открытыми, и, прежде всего, это живые системы. Основой изучения таких систем является термодинамика неравновесных систем.

Можно заметить, что задача исследования открытых неравновесных систем инициирована не только научными соображениями, но и необычными мировоззренческими потребностями. В начале XX века христианские теологи, основываясь на энтропии, стали говорить о конечности мира, используя ее как доказательство существования Бога. Атеистический пафос этого века не мог не способствовать деструкции образа замкнутых систем.

В результате энтропию в самом широком смысле стали понимать как внутреннюю энергию замкнутой системы или энергетической совокупности Вселенной, которая не может быть использована, в частности не может быть перейти или быть преобразована в механическую работу. Точное же (не метафорическое) определение энтропии производится с помощью математических расчетов.

Итак, анализ работы тепловых двигателей вывел асимметрию в поведении природы – при любом естественном процессе энтропия мира возрастает, и все такие процесс должны сопровождаться рассеянием энергии. В данном случае рассеяние означает распространение энергии как путем перемещения носителя энергии, так и путем перехода от одного ее вида к другому.

Если с течением времени энтропия в замкнутой изолированной системе либо неизменна, либо возрастает, то избежеть смерти системы можно за счет распределения энергии по рангам так, что высший занимают те, которые способны превратиться в большее число видов энергии (физическая, электрическая, тепловая, химическая, биологическая и т.п.).

Поскольку наш ум привык негативно воспринимать потерю чего-либо, то психологически удобно пользоваться величиной, равной энтропии, но с обратным знаком, которую предложил ввести О. Шредингер. Один из творцов теории  информации французский физик  Л. Бриллюэн назвал ее негэнтропией: N = -S.

Негэнтропия представляет собой качество энергии, когда ее оценивают на основе принципа Карно и формулируют закон обесценивания энергии, ее деградации. Система, способная производить механическую работу (сжатая пружина, заряженная батарея, поднятый над землей груз и т.п.), может рассматриваться как источник негэнтропии, поскольку, совершая работу, она теряет ее запас.

В) Энтропия, хаос, информация. Формула, сопоставляющая энтропию и негэнтропию, связывает энтропию с хаосом. Замкнутая система не только действенна, но и саморазрушительна. Принятие понятия негэнтропии – попытка определить степень деструктуивности и противостоять ей. Негэнтропия – это возможность системы сохраняться при росте энтропии.

В замкнутой системе мы не знаем точного положения и скорости в каждый момент времени каждой частицы. Мы знаем только макропараметры: давление, температура и др. Но величины можно измерить, вычислить энтропию системы и число «микроскопических комплексий», как называл число микросостояний М. Планк. А значит возможно расчитать параметры негэнтропии.

В этом случае важным становится понятие информации, и термодинамика оказывается в необычной связи с кибернетикой. Чем выше неопределенность в знании, тем больше число возможных микросостояний для данного макросостояния, тем больше вероятность и тем больше энтропия. Получение каких-либо дополнительных сведений о системе позволяет точнее охарактеризовать ее структуру, сократить число элементарных состояний, уменьшить вероятность и энтропию. Поэтому любая дополнительная информация увеличивает негэнтропию системы.