Էնտրոպիա Վիքիբառարան. «Էնտրոպիա» բառի իմաստը. Ներքին և արտաքին հետադարձելի գործընթացներ

Էնտրոպիան տերմին է, որն օգտագործվում է ոչ միայն ճշգրիտ, այլև հումանիտար գիտությունների մեջ։ Ընդհանուր դեպքում դա պատահականության, որոշակի համակարգի անկարգության չափանիշ է։

Ինչպես գիտեք, մարդկությունը միշտ ձգտել է հնարավորինս շատ աշխատանք տեղափոխել մեքենաների և մեխանիզմների ուսերին՝ դրա համար օգտագործելով հնարավորինս քիչ ռեսուրսներ: Մշտական ​​շարժման մեքենայի մասին հիշատակումն առաջին անգամ հայտնաբերվել է 16-րդ դարի արաբական ձեռագրերում: Այդ ժամանակից ի վեր բազմաթիվ նախագծեր են առաջարկվել պոտենցիալ հավերժ շարժման մեքենայի համար: Շուտով, բազմաթիվ անհաջող փորձերից հետո, գիտնականները հասկացան բնության որոշ առանձնահատկություններ, որոնք հետագայում որոշեցին թերմոդինամիկայի հիմքերը։

Հավերժական շարժման մեքենայի նկարչություն

Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը ասում է հետևյալը. աշխատանք կատարելու համար թերմոդինամիկական համակարգը կպահանջի կամ համակարգի ներքին էներգիա, կամ արտաքին էներգիա լրացուցիչ աղբյուրներից։ Այս հայտարարությունը էներգիայի պահպանման թերմոդինամիկական օրենք է և արգելում է առաջին տեսակի հավերժ շարժման մեքենայի գոյությունը՝ համակարգ, որն աշխատում է առանց էներգիա ծախսելու: Այս շարժիչներից մեկի մեխանիզմը հիմնված էր մարմնի ներքին էներգիայի վրա, որը կարող է վերածվել աշխատանքի։ Օրինակ, դա կարող է պայմանավորված լինել երկարաձգմամբ: Բայց մարդկությունը չգիտի մարմիններ կամ համակարգեր, որոնք կարող են անվերջ ընդլայնվել, ինչը նշանակում է, որ վաղ թե ուշ նրանց ներքին էներգիան կավարտվի, և շարժիչը կկանգնի:

Որոշ ժամանակ անց հայտնվեց, այսպես կոչված, երկրորդ տեսակի հավերժական շարժման մեքենան, որը չէր հակասում էներգիայի պահպանման օրենքին և հիմնված էր շրջակա մարմինների աշխատանքի համար պահանջվող ջերմության փոխանցման մեխանիզմի վրա։ Նրանք որպես օրինակ վերցրել են օվկիանոսը, որը սառեցնելով, ենթադրաբար, կարելի է ստանալ ջերմության տպավորիչ պաշար։ Սակայն 1865 թվականին գերմանացի գիտնական, մաթեմատիկոս և ֆիզիկոս Ռ. Կլաուզիուսը սահմանեց թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը. »: Հետագայում նա ներմուծեց էնտրոպիա հասկացությունը՝ որոշակի ֆունկցիա, որի փոփոխությունը հավասար է ջերմաստիճանի փոխանցվող ջերմության քանակի հարաբերակցությանը։

Դրանից հետո չնվազող էնտրոպիայի օրենքը դարձավ թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքի այլընտրանք՝ «փակ համակարգում էնտրոպիան չի նվազում»։

Պարզ բառերով

Քանի որ էնտրոպիան տեղի է ունենում մարդու գործունեության տարբեր ոլորտներում, դրա սահմանումը որոշ չափով անորոշ է: Սակայն ամենապարզ օրինակների վրա կարելի է հասկանալ այս քանակի էությունը։ Էնտրոպիան անկարգության աստիճանն է, այլ կերպ ասած՝ անորոշություն, անկարգություն։ Այնուհետև փողոցում ցրված թղթի կտորների համակարգը, որոնք դեռ պարբերաբար վեր են նետվում քամուց, ունի բարձր էնտրոպիա։ Իսկ աշխատասեղանի վրա կույտով ծալված թղթերի համակարգը նվազագույն էնտրոպիա ունի։ Թղթի մնացորդներով համակարգում էնտրոպիան իջեցնելու համար պետք է շատ ժամանակ և էներգիա ծախսել՝ թղթի կտորները ամբողջական թերթերի մեջ սոսնձելու և դրանք կույտի մեջ ծալելու համար:

Փակ համակարգի դեպքում ամեն ինչ նույնքան պարզ է. Օրինակ՝ ձեր իրերը փակ պահարանում են։ Եթե ​​դուք դրսից չգործեք դրանց վրա, ապա իրերը կարծես երկար ժամանակ կպահպանեն իրենց էնտրոպիայի արժեքը: Բայց վաղ թե ուշ դրանք կքայքայվեն։ Օրինակ՝ բրդյա գուլպաների քայքայման համար կպահանջվի մինչև հինգ տարի, իսկ կաշվե կոշիկները՝ մոտ քառասուն տարի: Նկարագրված դեպքում պահարանը մեկուսացված համակարգ է, իսկ իրերի քայքայումը՝ անցում պատվիրված կառույցներից դեպի քաոս։

Ամփոփելով՝ պետք է նշել, որ նվազագույն էնտրոպիան դիտվում է որոշակի կառուցվածք ունեցող տարբեր մակրոսկոպիկ օբյեկտների (նրանց, որոնք կարելի է դիտել անզեն աչքով), իսկ առավելագույնը՝ վակուումի դեպքում։

Տիեզերքի էնտրոպիա

Էնտրոպիայի նման հասկացության առաջացման արդյունքում հայտնվեցին բազմաթիվ այլ հայտարարություններ և ֆիզիկական սահմանումներ, որոնք հնարավորություն տվեցին ավելի մանրամասն նկարագրել բնության օրենքները: Դրանցից մեկը «շրջելի/անշրջելի գործընթացներ» հասկացությունն է։ Առաջինները ներառում են գործընթացներ, որոնց համակարգի էնտրոպիան չի աճում և մնում է անփոփոխ: Անշրջելի - փակ համակարգում այնպիսի գործընթացներ, որոնց էնտրոպիան մեծանում է: Գործընթացից առաջ փակ համակարգը պետությանը վերադարձնելն անհնար է, քանի որ նման դեպքում էնտրոպիան պետք է նվազի։

Ըստ Կլաուզիուսի՝ անշրջելի գործընթաց է Տիեզերքի գոյությունը, որի վերջում նրան սպասում է այսպես կոչված «Ջերմային մահը», հակառակ դեպքում՝ թերմոդինամիկական հավասարակշռությունը, որը գոյություն ունի փակ համակարգերի համար։ Այսինքն՝ էնտրոպիան կհասնի առավելագույնին, և բոլոր գործընթացները պարզապես կմեռնեն։ Բայց, ինչպես շուտով պարզվեց, Ռուդոլֆ Կլաուզիուսը հաշվի չի առել ձգողականության ուժերը, որոնք առկա են տիեզերքում ամենուր։ Օրինակ, դրանց շնորհիվ մասնիկների բաշխումը առավելագույն էնտրոպիայում պարտադիր չէ, որ լինի միատեսակ։

Նաև «Տիեզերքի ջերմային մահվան» տեսության այլ թերությունները ներառում են այն փաստը, որ մենք չգիտենք, թե արդյոք այն իսկապես վերջավոր է, և արդյոք կարելի է կիրառել «փակ համակարգ» հասկացությունը դրա վրա: Պետք է նաև հաշվի առնել, որ առավելագույն էնտրոպիայի վիճակը, ինչպես նաև բացարձակ վակուումը, նույն տեսական հասկացություններն են, ինչ իդեալական գազը։ Սա նշանակում է, որ իրականում էնտրոպիան չի հասնի իր առավելագույն արժեքին՝ տարբեր պատահական շեղումների պատճառով։

Հատկանշական է, որ տեսանելին իր ծավալով պահպանում է էնտրոպիայի արժեքը։ Սրա պատճառը շատերին արդեն հայտնի երեւույթ է՝ Տիեզերքը։ Այս հետաքրքիր զուգադիպությունը ևս մեկ անգամ ապացուցում է մարդկությանը, որ բնության մեջ ոչինչ հենց այնպես չի լինում։ Գիտնականների կարծիքով, ըստ մեծության, էնտրոպիայի արժեքը հավասար է գոյություն ունեցող ֆոտոնների թվին։

• «Քաոս» բառը վերաբերում է տիեզերքի սկզբնական վիճակին: Այդ պահին նա ընդամենը տարածության և նյութի անձև հավաքածու էր:
• Որոշ գիտնականների հետազոտությունների համաձայն՝ էնտրոպիայի ամենամեծ աղբյուրը գերզանգվածային է։ Բայց մյուսները կարծում են, որ հզոր գրավիտացիոն ուժերի շնորհիվ, որոնք ամեն ինչ գրավում են զանգվածային մարմին, քաոսի չափը աննշան չափով փոխանցվում է շրջակա տարածություն:
• Հետաքրքիր է, որ մարդու կյանքն ու էվոլյուցիան ուղղված են քաոսի հակառակ ուղղությամբ։ Գիտնականները պնդում են, որ դա հնարավոր է շնորհիվ այն բանի, որ մարդն իր ողջ կյանքի ընթացքում, ինչպես մյուս կենդանի օրգանիզմները, ստանում է ավելի փոքր էնտրոպիայի արժեք, քան տալիս է շրջակա միջավայրին:

Էնտրոպիա. Թերևս սա հասկանալու ամենադժվար հասկացություններից մեկն է, որին կարելի է հանդիպել ֆիզիկայի դասընթացում, համենայն դեպս, երբ խոսքը վերաբերում է դասական ֆիզիկային: Ֆիզիկայի շրջանավարտներից քչերը կարող են բացատրել, թե դա ինչ է: Էնտրոպիան հասկանալու հետ կապված խնդիրների մեծ մասը, սակայն, կարելի է լուծել՝ հասկանալով մի բան. Էնտրոպիան որակապես տարբերվում է այլ թերմոդինամիկական մեծություններից, ինչպիսիք են ճնշումը, ծավալը կամ ներքին էներգիան, քանի որ այն համակարգի հատկությունը չէ, այլ այն, թե ինչպես ենք մենք համարում այս համակարգը: Ցավոք սրտի, թերմոդինամիկայի ընթացքում այն ​​սովորաբար դիտարկվում է այլ թերմոդինամիկական ֆունկցիաների հետ հավասար, ինչը խորացնում է թյուրիմացությունը։

Այսպիսով, ինչ է էնտրոպիան:

Մի խոսքով, ուրեմն

Էնտրոպիան այն է, թե որքան տեղեկատվություն դուք չգիտեք համակարգի մասին:

Օրինակ, եթե ինձ հարցնեք, թե որտեղ եմ ապրում, և ես կպատասխանեմ՝ Ռուսաստանում, ապա իմ էնտրոպիան ձեզ համար բարձր կլինի, ի վերջո, Ռուսաստանը մեծ երկիր է։ Եթե ​​ես ձեզ տամ իմ փոստային կոդը՝ 603081, ապա իմ էնտրոպիան ձեզ համար կնվազի, երբ դուք ավելի շատ տեղեկություններ ստանաք:

Փոստային ինդեքսը պարունակում է վեց նիշ, ուստի ես ձեզ վեց նիշ տեղեկատվություն եմ տվել: Իմ մասին ձեր գիտելիքների էնտրոպիան նվազել է մոտավորապես 6 նիշով: (Իրականում, ոչ այնքան, քանի որ որոշ ինդեքսներ համապատասխանում են ավելի շատ հասցեների, իսկ որոշները՝ ավելի քիչ, բայց մենք դա անտեսելու ենք):

Կամ դիտարկենք մեկ այլ օրինակ։ Ենթադրենք, ես ունեմ տասը զառ (վեցանկյուն), և դրանք դեն նետելով՝ տեղեկացնում եմ ձեզ, որ դրանց գումարը 30 է: Միայն սա իմանալով, դուք չեք կարող ասել, թե կոնկրետ ինչ թվեր կան զառերից յուրաքանչյուրի վրա, դուք բավարար տեղեկատվություն չունեք: Վիճակագրական ֆիզիկայում ոսկորների այս կոնկրետ թվերը կոչվում են միկրովիճակներ, իսկ ընդհանուր գումարը (մեր դեպքում՝ 30) կոչվում է մակրովիճակ։ Կան 2,930,455 միկրովիճակներ, որոնք գումարվում են մինչև 30: Այսպիսով, այս մակրովիճակի էնտրոպիան մոտավորապես 6,5 սիմվոլ է (կեսը հայտնվում է այն պատճառով, որ միկրովիճակները յոթերորդ նիշով հերթականությամբ համարակալելիս ոչ բոլոր թվանշանները հասանելի են ձեզ, այլ միայն. 0, 1 և 2):

Իսկ եթե ես ձեզ ասեմ, որ գումարը 59 է: Այս մակրովիճակի համար կա ընդամենը 10 հնարավոր միկրովիճակ, ուստի նրա էնտրոպիան միայն մեկ նշան է: Ինչպես տեսնում եք, տարբեր մակրովիճակներ ունեն տարբեր էնտրոպիաներ:

Այժմ ասեմ ձեզ, որ առաջին հինգ զառերի գումարը 13 է, իսկ մյուս հինգի գումարը 17 է, ուստի ընդհանուրը կրկին 30 է: Այնուամենայնիվ, այս դեպքում դուք ավելի շատ տեղեկություններ ունեք, ուստի համակարգի էնտրոպիան պետք է ընկնի: քեզ համար. Եվ, իրոք, հինգ ոսկորների վրա 13-ը կարելի է ստանալ 420 տարբեր եղանակներով, իսկ 17-ը՝ 780-ով, այսինքն՝ միկրովիճակների ընդհանուր թիվը կկազմի ընդամենը 420x780 = 327600: Նման համակարգի էնտրոպիան մոտավորապես մեկ նշանով պակաս է, քան առաջին օրինակը.

Մենք չափում ենք էնտրոպիան որպես նիշերի քանակ, որոնք անհրաժեշտ են միկրովիճակների թիվը գրելու համար: Մաթեմատիկորեն այս թիվը սահմանվում է որպես լոգարիթմ, հետևաբար, S նշանով նշելով էնտրոպիան, իսկ Ω նշանով միկրովիճակների թիվը, կարող ենք գրել.

Սա ոչ այլ ինչ է, քան Բոլցմանի բանաձևը (մինչև k գործոն, որը կախված է ընտրված չափման միավորներից) էնտրոպիայի համար։ Եթե ​​մակրովիճակը համապատասխանում է մեկ միկրովիճակին, ապա նրա էնտրոպիան այս բանաձևի համաձայն հավասար է զրոյի։ Եթե ​​ունեք երկու համակարգ, ապա ընդհանուր էնտրոպիան հավասար է այս համակարգերից յուրաքանչյուրի էնտրոպիաների գումարին, քանի որ log(AB) = log A + log B։

Վերոնշյալ նկարագրությունից պարզ է դառնում, թե ինչու չպետք է էնտրոպիան դիտարկել որպես համակարգի ներքին հատկություն: Համակարգն ունի որոշակի ներքին էներգիա, իմպուլս, լիցք, բայց չունի որոշակի էնտրոպիա. տասը ոսկորների էնտրոպիան կախված է նրանից, թե դուք գիտեք միայն դրանց ընդհանուր գումարը, թե նաև հինգ ոսկորների մասնակի գումարները։

Այլ կերպ ասած, էնտրոպիան այն է, թե ինչպես ենք մենք նկարագրում համակարգը: Եվ դա նրան շատ է տարբերում այլ մեծություններից, որոնցով ընդունված է աշխատել ֆիզիկայում։

Ֆիզիկական օրինակ՝ գազ մխոցի տակ

Ֆիզիկայի մեջ դիտարկվող դասական համակարգը մխոցի տակ գտնվող անոթի գազն է: Գազի միկրովիճակը նրա յուրաքանչյուր մոլեկուլի դիրքն ու իմպուլսն է (արագությունը): Սա համարժեք է վերը բերված օրինակում յուրաքանչյուր ձողի վրա գլորված արժեքի իմացությանը: Գազի մակրովիճակը նկարագրվում է այնպիսի մեծություններով, ինչպիսիք են ճնշումը, խտությունը, ծավալը և քիմիական բաղադրությունը։ Դա նման է զառերի վրա գլորված արժեքների գումարին:

Մակրոպետությունը նկարագրող մեծությունները կարող են կապված լինել միմյանց հետ այսպես կոչված «վիճակի հավասարման» միջոցով։ Այս կապի առկայությունն է, որը թույլ է տալիս, առանց միկրովիճակների մասին իմանալու, կանխատեսել, թե ինչ կլինի մեր համակարգի հետ, եթե սկսենք տաքացնել այն կամ շարժել մխոցը: Իդեալական գազի համար վիճակի հավասարումն ունի պարզ ձև.

թեև դուք հավանաբար ավելի ծանոթ եք Կլապեյրոն-Մենդելեևի հավասարմանը pV = νRT, դա նույն հավասարումն է, պարզապես մի քանի հաստատուն ավելացված է ձեզ շփոթեցնելու համար: Որքան շատ միկրովիճակներ համապատասխանեն տվյալ մակրովիճակին, այսինքն՝ որքան շատ մասնիկներ լինեն մեր համակարգի մաս, այնքան վիճակի հավասարումը ավելի լավ է նկարագրում այն։ Գազի համար մասնիկների քանակի բնորոշ արժեքները հավասար են Ավոգադրոյի թվին, այսինքն՝ մոտ 1023։

Արժեքները, ինչպիսիք են ճնշումը, ջերմաստիճանը և խտությունը, կոչվում են միջինացված, քանի որ դրանք տվյալ մակրովիճակին (կամ, ավելի ճիշտ, դրան մոտ գտնվող մակրովիճակներին) համապատասխանող միմյանց միկրովիճակները անընդհատ փոխարինելու միջինացված դրսևորում են: Պարզելու համար, թե ինչ միկրովիճակում է գտնվում համակարգը, մեզ անհրաժեշտ է շատ տեղեկատվություն՝ մենք պետք է իմանանք յուրաքանչյուր մասնիկի դիրքն ու արագությունը: Այս տեղեկատվության քանակը կոչվում է էնտրոպիա:

Ինչպե՞ս է էնտրոպիան փոխվում մակրովիճակի փոփոխությամբ: Սա հեշտ է հասկանալ: Օրինակ, եթե գազը մի քիչ տաքացնենք, ապա նրա մասնիկների արագությունը կմեծանա, հետևաբար այս արագության մասին մեր անտեղյակության աստիճանը նույնպես կաճի, այսինքն՝ էնտրոպիան կաճի։ Կամ, եթե գազի ծավալը մեծացնենք մխոցն արագ ետ քաշելով, մասնիկների դիրքի մեր անտեղյակության աստիճանը կմեծանա, կմեծանա նաև էնտրոպիան։

Կոշտ մարմիններ և պոտենցիալ էներգիա

Եթե ​​գազի փոխարեն դիտարկենք ինչ-որ պինդ մարմին, հատկապես դասավորված կառուցվածքով, ինչպես բյուրեղներում, օրինակ, մետաղի կտոր, ապա դրա էնտրոպիան ցածր կլինի։ Ինչո՞ւ։ Քանի որ, իմանալով մեկ ատոմի դիրքը նման կառուցվածքում, դուք գիտեք բոլոր մյուսների դիրքը (դրանք նույնպես դասավորված են կանոնավոր բյուրեղային կառուցվածքով), բայց ատոմների արագությունները փոքր են, քանի որ նրանք չեն կարող թռչել իրենց դիրքից հեռու և միայն մի փոքր տատանվել հավասարակշռության դիրքի շուրջ:

Եթե ​​մետաղի կտորը գտնվում է գրավիտացիոն դաշտում (օրինակ՝ բարձրացված Երկրի մակերևույթից), ապա մետաղի յուրաքանչյուր ատոմի պոտենցիալ էներգիան մոտավորապես հավասար է մյուս ատոմների պոտենցիալ էներգիային, և դրա հետ կապված էնտրոպիան։ էներգիան ցածր է. Սա տարբերում է պոտենցիալ էներգիան կինետիկ էներգիայից, որը ջերմային շարժման համար կարող է մեծապես տարբերվել ատոմից ատոմ:

Եթե ​​որոշակի բարձրության վրա բարձրացված մետաղի կտոր ազատվի, ապա դրա պոտենցիալ էներգիան կվերածվի կինետիկ էներգիայի, բայց էնտրոպիան գործնականում չի մեծանա, քանի որ բոլոր ատոմները մոտավորապես նույն կերպ կշարժվեն։ Բայց երբ կտորը դիպչում է գետնին, հարվածի ժամանակ մետաղի ատոմները շարժման պատահական ուղղություն կստանան, իսկ էնտրոպիան կտրուկ կաճի։ Ուղղորդված շարժման կինետիկ էներգիան կվերածվի ջերմային շարժման կինետիկ էներգիայի։ Մինչ հարվածը մենք մոտավորապես գիտեինք, թե ինչպես է շարժվում յուրաքանչյուր ատոմ, այժմ մենք կորցրել ենք այս տեղեկատվությունը։

Հասկացեք թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը

Թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը ասում է, որ էնտրոպիան (փակ համակարգի) միշտ մեծանում է։ Այժմ մենք կարող ենք հասկանալ, թե ինչու. քանի որ անհնար է հանկարծակի ավելի շատ տեղեկատվություն ստանալ միկրոպետությունների մասին: Երբ դուք կորցնեք որոշ տեղեկություններ միկրո վիճակի մասին (օրինակ, երբ մետաղի կտորը դիպչում է գետնին), դուք չեք կարող այն հետ ստանալ:

Եկեք վերադառնանք զառերին: Հիշեցնենք, որ 59 գումարով մակրովիճակն ունի շատ ցածր էնտրոպիա, բայց դա նույնպես այնքան էլ հեշտ չէ ստանալ: Եթե ​​դուք անընդհատ գցեք զառերը, ապա այն գումարները (մակրո վիճակները), որոնք համապատասխանում են ավելի մեծ թվով միկրովիճակներին, դուրս կգան, այսինքն՝ կիրականացվեն մեծ էնտրոպիա ունեցող մակրո վիճակներ։ 35-ի գումարն ունի ամենաբարձր էնտրոպիան, և հենց այս գումարն է ավելի հաճախ դուրս կգա, քան մյուսները: Ահա թե ինչ է ասում թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը. Ցանկացած պատահական (չվերահսկվող) փոխազդեցություն հանգեցնում է էնտրոպիայի աճի, առնվազն մինչև այն հասնի առավելագույնին:

Գազի խառնում

Եվ ևս մեկ օրինակ՝ ասվածն ամրապնդելու համար։ Ենթադրենք, մենք ունենք տարա, որի մեջ կան երկու գազ, որոնք բաժանված են տարայի մեջտեղում գտնվող միջնորմով։ Մեկ գազի մոլեկուլները կոչենք կապույտ, իսկ մյուսը՝ կարմիր։

Եթե ​​դուք բացեք միջնորմը, գազերը կսկսեն խառնվել, քանի որ միկրովիճակների թիվը, որոնցում գազերը խառնվում են, շատ ավելի մեծ է, քան այն միկրովիճակները, որոնցում դրանք բաժանված են, և բոլոր միկրովիճակները, իհարկե, հավասարապես հավանական են: Երբ մենք բացեցինք միջնապատը, յուրաքանչյուր մոլեկուլի համար մենք կորցրինք տեղեկատվություն այն մասին, թե միջնապատի որ կողմում է այն այժմ: Եթե ​​կային N մոլեկուլներ, ապա տեղեկատվության N բիթ կորավ (բիթներն ու սիմվոլները, այս համատեքստում, իրականում նույն բանն են և տարբերվում են միայն որոշակի հաստատուն գործոնով):

Գործ Մաքսվելի դևի հետ

Եվ վերջապես, եկեք դիտարկենք Մաքսվելի դևի հայտնի պարադոքսի մեր պարադիգմի լուծումը: Հիշեցնեմ, որ այն հետևյալն է. Ենթադրենք, մենք ունենք կապույտ և կարմիր մոլեկուլների գազեր։ Եկեք միջնորմը հետ դնենք՝ վրան մի փոքրիկ անցք բացելով, որի մեջ մտցնենք երևակայական դև։ Նրա խնդիրն է թողնել միայն կարմիրները ձախից աջ, և միայն կապույտները աջից ձախ: Ակնհայտ է, որ որոշ ժամանակ անց գազերը նորից կբաժանվեն՝ բոլոր կապույտ մոլեկուլները կլինեն բաժանման ձախ կողմում, իսկ բոլոր կարմիրները՝ աջ կողմում։

Ստացվում է, որ մեր դևն իջեցրել է համակարգի էնտրոպիան։ Դևին ոչինչ չի պատահել, այսինքն՝ նրա էնտրոպիան չի փոխվել, և մեր համակարգը փակվել է։ Պարզվում է, որ մենք գտել ենք մի օրինակ, երբ թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը չի կատարվում։ Ինչպե՞ս էր դա հնարավոր:

Այս պարադոքսը լուծված է, սակայն, շատ պարզ. Ի վերջո, էնտրոպիան համակարգի հատկություն չէ, այլ այս համակարգի մասին մեր գիտելիքների: Ես և դուք քիչ բան գիտենք համակարգի մասին, այդ իսկ պատճառով մեզ թվում է, որ դրա էնտրոպիան նվազում է։ Բայց մեր դևը շատ բան գիտի համակարգի մասին՝ մոլեկուլները առանձնացնելու համար նա պետք է իմանա դրանցից յուրաքանչյուրի դիրքն ու արագությունը (գոնե իրեն մոտենալիս): Եթե ​​նա ամեն ինչ գիտի մոլեկուլների մասին, ապա նրա տեսանկյունից համակարգի էնտրոպիան, ըստ էության, հավասար է զրոյի, նա պարզապես չունի դրա մասին բացակայող տեղեկությունը։ Այս դեպքում համակարգի էնտրոպիան, քանի որ այն հավասար էր զրոյի, մնաց զրոյի հավասար, իսկ թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը ոչ մի տեղ չի խախտվել։

Բայց նույնիսկ եթե դևը չգիտի համակարգի միկրովիճակի մասին ամբողջ տեղեկատվությունը, նա գոնե պետք է իմանա դեպի իրեն թռչող մոլեկուլի գույնը, որպեսզի հասկանա՝ բաց թողնել այն, թե ոչ։ Եվ եթե մոլեկուլների ընդհանուր թիվը N է, ապա դևը պետք է ունենա համակարգի մասին տեղեկատվության N բիթ, բայց դա այն է, թե որքան տեղեկատվություն ենք կորցրել բաժանումը բացելիս: Այսինքն՝ կորցրած տեղեկատվության քանակը ճիշտ հավասար է այն տեղեկատվության քանակին, որը պետք է ձեռք բերվի համակարգի մասին՝ այն իր սկզբնական վիճակին վերադարձնելու համար, և դա հնչում է միանգամայն տրամաբանական և կրկին չի հակասում թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքին։ .

Այս գրառումը պատասխանի ազատ թարգմանությունն է, որը տվել է Մարկ Էյխենլաուբը Quora-ում տրված հարցին, թե որն է էնտրոպիան հասկանալու ինտուիտիվ միջոցը:

Էնտրոպիան համակարգի բարդության չափումն է: Ոչ թե խանգարում, այլ բարդություն և զարգացում: Որքան մեծ է էնտրոպիան, այնքան ավելի դժվար է հասկանալ այս կոնկրետ համակարգի, իրավիճակի, երևույթի տրամաբանությունը։ Ընդհանրապես ընդունված է, որ որքան ժամանակ է անցնում, այնքան տիեզերքն ավելի քիչ կարգավորված է դառնում: Դրա պատճառը Տիեզերքի զարգացման անհավասար տեմպն է որպես ամբողջություն և մենք՝ որպես էնտրոպիայի դիտորդներ: Մենք՝ որպես դիտորդներ, Տիեզերքից պարզագույն պատվերներ ենք։ Հետևաբար, մեզ չափազանց ավելորդ է թվում, մենք չենք կարողանում հասկանալ պատճառահետևանքային հարաբերությունների մեծ մասը, որոնք կազմում են այն: Կարևոր է նաև հոգեբանական ասպեկտը՝ մարդկանց համար դժվար է ընտելանալ այն փաստին, որ նրանք եզակի չեն։ Հասկացեք, որ այն թեզը, որ մարդիկ էվոլյուցիայի պսակն են, հեռու չէ նախկին հավատքից, որ Երկիրը տիեզերքի կենտրոնն է: Մարդու համար հաճելի է հավատալ սեփական բացառիկությանը, և զարմանալի չէ, որ մենք հակված ենք մեզանից ավելի բարդ կառույցներին անկարգ ու քաոսային տեսնել։

Կան մի քանի շատ լավ պատասխաններ վերևում, որոնք բացատրում են էնտրոպիան ներկայիս գիտական ​​պարադիգմից: Հարցվողները պարզ օրինակներով բացատրում են այս երևույթը: Սենյակում ցրված գուլպաներ, կոտրված ակնոցներ, շախմատ խաղացող կապիկներ և այլն։ Բայց եթե ուշադիր նայես, կհասկանաս, որ այստեղ կարգն արտահայտված է իսկապես մարդկային գաղափարով։ «Ավելի լավ» բառը կիրառելի է նման օրինակների լավ կեսի համար։ Ավելի լավ է պահարանում ծալված գուլպաները, քան հատակին ցրված գուլպաները: Ամբողջ բաժակն ավելի լավ է, քան կոտրված ապակին։ Գեղեցիկ ձեռագրով գրված տետրն ավելի լավ է, քան բլոտներով նոթատետրը։ Մարդկային տրամաբանության մեջ պարզ չէ, թե ինչ անել էնտրոպիայի հետ: Խողովակից դուրս թռչող ծուխը օգտակար չէ: Պատառ-պատառ գիրքն անօգուտ է։ Մետրոյի պոլիֆոնիկ խոսակցությունից ու աղմուկից դժվար է գոնե մինիմալ ինֆորմացիա կորզել։ Այս առումով շատ հետաքրքիր կլինի վերադառնալ էնտրոպիայի սահմանմանը, որը ներկայացրել է ֆիզիկոս և մաթեմատիկոս Ռուդոլֆ Կլաուզիուսը, ով այս երևույթը տեսնում էր որպես էներգիայի անդառնալի ցրման չափանիշ: Ումի՞ց է գալիս այս էներգիան: Ո՞վ է ավելի դժվար համարում օգտագործել այն: Այո՛, մարդ։ Թափված ջուրը շատ դժվար է (եթե ոչ անհնարին) բոլոր կաթիլները նորից հավաքել բաժակի մեջ։ Հին հագուստը վերանորոգելու համար անհրաժեշտ է օգտագործել նոր նյութ (գործվածք, թել և այլն): Սա հաշվի չի առնում այն ​​նշանակությունը, որ այս էնտրոպիան կարող է կրել ոչ մարդկանց համար: Ես օրինակ բերեմ, երբ էներգիայի ցրումը մեզ համար կունենա ճիշտ հակառակ իմաստ մեկ այլ համակարգի համար.

Դուք գիտեք, որ ամեն վայրկյան մեր մոլորակից հսկայական քանակությամբ տեղեկատվություն թռչում է տիեզերք: Օրինակ՝ ռադիոալիքների տեսքով։ Մեզ համար այս տեղեկատվությունը կարծես ամբողջովին կորած է։ Բայց եթե բավականաչափ զարգացած այլմոլորակային քաղաքակրթությունը ռադիոալիքների ճանապարհին է, նրա ներկայացուցիչները կարող են ստանալ և վերծանել մեզ համար կորցրած այս էներգիայի մի մասը: Լսեք և հասկացեք մեր ձայները, դիտեք մեր հեռուստատեսային և ռադիոհաղորդումները, միացեք մեր ինտերնետ տրաֆիկին))): Այս դեպքում մեր էնտրոպիան կարող է պատվիրվել այլ բանական էակների կողմից: Եվ որքան շատ էներգիայի սպառում կա մեզ համար, այնքան ավելի շատ էներգիա կարող են հավաքել:

Ե՛վ ֆիզիկոսները, և՛ քնարերգուները գործում են «էնտրոպիա» հասկացությամբ։ Հին հունարենից ռուսերեն թարգմանված «էնտրոպիա» բառը կապված է շրջադարձի, փոխակերպման հետ։

Ճշգրիտ գիտությունների (մաթեմատիկա և ֆիզիկա) ներկայացուցիչներն այս տերմինը մտցրին գիտական ​​կիրառություն և տարածեցին այն համակարգչային գիտության և քիմիայի վրա։ Ռ. Կլաուզիուսը և Լ. Բոլցմանը, Է. Ջեյնսը և Կ. Շենոնը, Կ. Յունգը և Մ. Պլանկը որոշեցին և ուսումնասիրեցին վերը նշված երևույթը:

Այս հոդվածը ամփոփում և համակարգում է էնտրոպիայի սահմանման հիմնական մոտեցումները գիտական ​​տարբեր ոլորտներում:

Էնտրոպիան ճշգրիտ և բնական գիտություններում

Սկսելով ճշգրիտ գիտությունների ներկայացուցիչ Ռ.Կլաուզիսից՝ «էնտրոպիա» տերմինը նշանակում է չափ.

• թերմոդինամիկայի մեջ էներգիայի անդառնալի ցրում;
• վիճակագրական ֆիզիկայում ցանկացած մակրոսկոպիկ գործընթացի իրականացման հավանականությունը.
• մաթեմատիկայի ցանկացած համակարգի անորոշություն;
• համակարգի տեղեկատվական կարողությունները ինֆորմատիկայի մեջ.

Այս չափումն արտահայտվում է բանաձևերով և գրաֆիկներով։

Էնտրոպիան որպես մարդասիրական հասկացություն

Կ. Յունգը հոգեվերլուծության մեջ մտցրեց ծանոթ հայեցակարգ՝ ուսումնասիրելով անձի դինամիկան: Հոգեբանության, այնուհետև սոցիոլոգիայի ոլորտի հետազոտողները առանձնացնում և սահմանում են անձի էնտրոպիան կամ սոցիալական էնտրոպիան որպես աստիճան.

• հոգեբանության մեջ անձի վիճակի անորոշություն;
• հոգեկան էներգիա, որը չի կարող օգտագործվել հոգեվերլուծության ուսումնասիրության օբյեկտում ներդնելիս.
• սոցիալական փոփոխությունների համար անհասանելի էներգիայի քանակը, սոցիալական առաջընթացը սոցիոլոգիայում.
• անձի էնտրոպիայի դինամիկան:

Էնտրոպիա հասկացությունը պահանջված է պարզվել, հարմար տեսություններում՝ և՛ բնական, և՛ հումանիտար: Ընդհանրապես, էնտրոպիան սերտորեն կապված է ցանկացած համակարգում չափման, անորոշության, քաոսի, անկարգության աստիճանի հետ։

ԷՆՏՐՈՊԻԱ

ԷՆՏՐՈՊԻԱ

(հունարեն էնտրոպիա - շրջադարձ,)

փակ համակարգի ներքին էներգիայի մի մասը կամ Տիեզերքի էներգիայի ագրեգատը, որը չի կարող օգտագործվել, մասնավորապես, չի կարող փոխանցվել կամ վերածվել մեխանիկական աշխատանքի: Ճշգրիտ էնտրոպիան կատարվում է մաթեմատիկական հաշվարկների միջոցով։ Էնտրոպիայի ազդեցությունը առավել հստակ երևում է թերմոդինամիկական գործընթացների օրինակում։ Այսպիսով, այն երբեք ամբողջությամբ չի փոխակերպվում մեխանիկական աշխատանքի՝ վերածվելով այլ տեսակի էներգիայի։ Հատկանշական է, որ շրջելի պրոցեսներում էնտրոպիայի արժեքը մնում է անփոփոխ, անշրջելի գործընթացներում, ընդհակառակը, անշեղորեն աճում է, և այդ աճը տեղի է ունենում մեխանիկական էներգիայի նվազման պատճառով։ Հետևաբար, բնության մեջ տեղի ունեցող բոլոր անդառնալի գործընթացներն ուղեկցվում են մեխանիկական էներգիայի նվազմամբ, ինչը, ի վերջո, պետք է հանգեցնի ընդհանուր կաթվածի կամ, այլ կերպ ասած, «ջերմային մահվան»: Բայց դա վավեր է միայն այն դեպքում, եթե Տիեզերքի տոտալիտար բնույթը դրվի որպես փակ էմպիրիկ իրականություն: Քրիստոս. աստվածաբանները, հիմնվելով էնտրոպիայի վրա, խոսում էին աշխարհի վերջավորության մասին՝ օգտագործելով այն որպես Աստծո գոյություն:

Փիլիսոփայական հանրագիտարանային բառարան. 2010 .

ԷՆՏՐՈՊԻԱ

(հունարեն ἐντροπία - շրջադարձ, փոխակերպում) - թերմոդինամիկական վիճակ։ համակարգ, որը բնութագրում է այս համակարգում ինքնաբուխ գործընթացների հոսքի ուղղությունը և հանդիսանում է դրանց անշրջելիության չափանիշը։ Էներգիայի հայեցակարգը ներդրվել է 1865 թվականին Ռ. Կլաուզիուսի կողմից էներգիայի փոխակերպման գործընթացները բնութագրելու համար. 1877 թվականին Լ. Բոլցմանը նրան վիճակագրություն է տվել. մեկնաբանություն. Է.-ի հայեցակարգի օգնությամբ ձևակերպվում է թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը՝ ջերմամեկուսացված համակարգի Է. այդպիսին, ինքն իրեն թողնելով, հակված է ջերմային հավասարակշռության, որում առավելագույն է Է. Վիճակագրականում ֆիզիկա Ե. արտահայտում է անորոշությունը մանրադիտակ. համակարգի վիճակը՝ այնքան մանրադիտակային: համակարգի վիճակները համապատասխանում են այս մակրոսկոպիկ պատկերին: վիճակը, այնքան բարձր է թերմոդինամիկությունը: եւ վերջինս Ե. Անհավանական կառուցվածք ունեցող համակարգը, որը թողնված է իրեն, զարգանում է դեպի ամենահավանական կառուցվածքը, այսինքն. E.-ի ավելացման ուղղությամբ. Սա, սակայն, վերաբերում է միայն փակ համակարգերին, ուստի Տիեզերքի ջերմային մահը արդարացնելու համար հնարավոր չէ օգտագործել Է. Տեղեկատվության և տեղեկատվության տեսության մեջ համակարգում տեղեկատվության պակաս է համարվում էլ. Կիբեռնետիկայի մեջ օգտագործելով էնտրոպիա և նեգենտրոպիա (բացասական էնտրոպիա) հասկացությունները՝ արտահայտում են համակարգի կազմակերպվածության աստիճանը։ Արդար լինել վիճակագրական ենթակա համակարգերի նկատմամբ: օրենքները, այս միջոցը, սակայն, մեծ խնամք է պահանջում կենսաբանական, լեզվական և սոցիալական համակարգերին անցնելիս։

Լիտ.:Շամբադալ Պ., Ե.-ի հայեցակարգի մշակում և կիրառում, [թարգմ. ս.], Մ., 1967; Պիրս, Ջ., Սիմվոլներ, ազդանշաններ, աղմուկներ, [թարգմ. անգլերենից], Մ., 1967։

Լ.Ֆաթկին. Մոսկվա.

Փիլիսոփայական հանրագիտարան. 5 հատորով - Մ.: Սովետական ​​հանրագիտարան. Խմբագրել է Ֆ.Վ.Կոնստանտինովը. 1960-1970 .

Հոմանիշներ:

Տեսեք, թե ինչ է «ENTROPY»-ն այլ բառարաններում.

- (հունական entropia turn, transformation-ից), հասկացություն, որն առաջին անգամ ներդրվել է թերմոդինամիկայի մեջ՝ որոշելու անդառնալի էներգիայի ցրման չափը։ E.-ն լայնորեն կիրառվում է գիտության այլ բնագավառներում՝ վիճակագրական ֆիզիկայում՝ որպես k-ի իրականացման հավանականության չափիչ։ Ֆիզիկական հանրագիտարան

ԷՆՏՐՈՊԻԱ, ֆիզիկական համակարգի կառուցվածքի պատահականության կամ անկարգության ցուցիչ։ ԹԵՐՄՈԴԻՆԱՄԻԿԱ-ում էնտրոպիան արտահայտում է աշխատանք կատարելու համար հասանելի ջերմային էներգիայի քանակը. որքան ցածր է էներգիան, այնքան բարձր է էնտրոպիան: Տիեզերքի մասշտաբով ... ... Գիտատեխնիկական հանրագիտարանային բառարան

Տեղեկատվական համակարգի ներքին խանգարման չափում: Էնտրոպիան մեծանում է տեղեկատվական ռեսուրսների քաոսային բաշխմամբ և նվազում՝ դրանց դասավորմամբ։ Անգլերեն՝ Entropy Տես նաև՝ Information Financial Dictionary Finam… Ֆինանսական բառապաշար

- [Անգլերեն] էնտրոպիա Ռուսաց լեզվի օտար բառերի բառարան

Էնտրոպիա- Էնտրոպիա ♦ Էնտրոպիա Մեկուսացված (կամ որպես այդպիսին ընկալվող) ֆիզիկական համակարգի վիճակի հատկություն, որը բնութագրվում է ինքնաբուխ փոփոխությունների քանակով, որը այն կարող է: Համակարգի էնտրոպիան հասնում է առավելագույնին, երբ այն ամբողջությամբ... Սպոնվիլի փիլիսոփայական բառարան

- (հունարեն entropia turn transformation-ից) (սովորաբար նշվում է S), թերմոդինամիկական համակարգի վիճակի ֆունկցիան, որի փոփոխությունը dS-ը հավասարակշռության գործընթացում հավասար է համակարգին փոխանցված կամ դրանից հեռացված ջերմության քանակի հարաբերակցությանը dQ. , դեպի ...... Մեծ Հանրագիտարանային բառարան

Անկարգություն, տարաձայնություն Ռուսական հոմանիշների բառարան. էնտրոպիա գոյական, հոմանիշների թիվը՝ 2 խանգարում (127)… Հոմանիշների բառարան

ԷՆՏՐՈՊԻԱ- (հունարենից en in, ներսում և trope turn, transformation), կապված էներգիայի չափումը (D S) բնութագրող արժեք, որը չի կարող փոխակերպվել աշխատանքի իզոթերմային գործընթացում։ Այն որոշվում է թերմոդինամիկական հավանականության լոգարիթմով և ... ... Էկոլոգիական բառարան

էնտրոպիա- և լավ: entropie f., գերմ Էնտրոպիա գր. en in, ներսում + trope turn, transformation. 1. Ֆիզիկական մեծություն, որը բնութագրում է մարմնի կամ մարմինների համակարգի ջերմային վիճակը և այդ վիճակների հնարավոր փոփոխությունները։ Էնտրոպիայի հաշվարկ. ALS 1. ||… … Ռուսաց լեզվի գալիցիզմների պատմական բառարան

ԷՆՏՐՈՊԻԱ- ԷՆՏՐՈՊԻԱ, թերմոդինամիկայի մեջ ներդրված հասկացություն և որն, այսպես ասած, գործընթացի անշրջելիության չափանիշ է, էներգիան այնպիսի ձևի անցնելու չափ, որից այն չի կարող ինքնաբերաբար անցնել այլ ձևերի։ Ցանկացած համակարգում տեղի ունեցող բոլոր հնարավոր գործընթացները, ... ... Մեծ բժշկական հանրագիտարան

Գրքեր

• Վիճակագրական մեխանիկա. Էնտրոպիա, կարգի պարամետրեր, բարդության տեսություն, Ջեյմս Պ. Սեթնա: «Վիճակագրական մեխանիկա. էնտրոպիա, կարգի պարամետրեր և բարդություն» դասագիրքը գրվել է Կոռնելի համալսարանի (ԱՄՆ) պրոֆեսոր Ջեյմս Սեթնայի կողմից և առաջին անգամ անգլերենով հրատարակվել է 2006 թ.