Концептуальные основания физики, страница 14

Фактически, расситывая энтропию и негэнтропию, мы должны рассчитать число способов, которыми можно осуществить внутренние перестройки в системе, чтобы наблюдатель не заметил изменений, или чтобы они не изменили характеристики микросостояния системы. (При этом предполагается неотличимость атомов друг от друга).

Формируется понятие информационной энтропии. Продемонстрировать значение этого понятия можно с помощью  следующего примера. При охлаждении газа до температуры абсолютного нуля (что недостижимо), он сначала переходит в жидкое состояние, а затем – в твердое, т.е. из менее упорядоченного состояния – в более упорядоченное. Соответственно растет информация о расположении частиц, и она становится максимальной при приближении к абсолютному нулю – ведь в твердом теле все частицы занимают определенные положения. Поэтому информация эквивалентна отрицательной энтропии, или негэнтропии.

Но следует признать, что возможности использования понятия информациооной энтропии являются пока  ограниченными. Взаимное превращение негэнтропии и информации возможно, но интересно поставить эксперимент, порождающий информацию, чтобы использовать ее в дальнейшем для уменьшения энтропии системы. При попытке спроектировать такой эксперимент, выясняется, что требуется слишком большое количество информации выраженной в битах, которое нужно для привнесения практичекого вклада в энтропию.

Информация призвана компенсировать рост энтропии, поэтому ею можно дополнить закон неограниченного роста энтропии и превратить второе начало термодинамики в закон сохранения энтропии и информации. Это в свою очередь дает возможность использовать информационный подход для единого описания неживой и живой природы.

Г) Энтропия, негэнтропия и информация как понятия, связующие знания о неживом и знания о живом. Поскольку информация в самом общем виде понимается как мера выбора из множества возможных вариантов, то информационный подход оказывается удобен при изучении эволюционных процессов, и информация становится мерой изменения состояния системы при усложнении и развитии.

Термодинамический подход становится данностью не только физического, но и биологического знания. Прежде всего он реализуется в экологии. Он составляет основу исследования цепей питания (последовательностей передачи массы и энергии, или веществ и энергии), загрязнения среды и экологической смены сообществ. (Такого рода исследования образуют новую научную дисциплину – макротермодинамику.)

Живые системы можно рассматривать как стационарные, поскольку количество энергии, поступающей на вход преобразователя равно количеству энергии выходящей. Причем когда речь идет о живых системах, то имеется в виду не столько отдельный организм или особь, сколько виды и подвиды. Количество энергии, потребляемой травоядными животными за год, составляет 3368 ккал/м2, и оно в точности равно отдаваемой ими энергии. Из нее 1478 ккал усваиваются низшими хищниками, а 1890 ккал теряется в виде тепла при жизнедеятельности.

Кроме того, количество, энергии, передаваемой на следующий трофический уровень, всегда меньше энергии, полученной предыдущим уровнем. Если растения получают 410 тыс. ккал, из которых 3368 ккал достается травоядным, то на долю верхних хищников приходится только 21 ккал в год ( в расчете на 1м2).

Эта «расточительность» может быть представлена в виде «энергетической пирамиды» - передачи энергии от продуцернов к консументам. Она имеет четыре уровня: энергия Солнца, продуциоование люцерны, продуцирование говядины, увеличение масы тканей человека. От низшего уровня к высшему уменьшается не только количество особей, но и скорость метаболизма.

Появляется возможность делать выводы, далеко выходящие за рамки механицистски понятой термодинамики. а) Малые животные обладают самой большой скоростью обмена веществ, поэтому в день потребляют пищу, по количеству равную весу тела. б) Крупное животное потребляет энергии количественно больше, чем два половинных существа. в) Первый шаг в производстве энергии, является наименее эффективным.