КСЕ. Ответы: Тема 2. МЭ-11

1) Материя – совокупность квантовых полей, кванты которых элементарные частицы. (Бабаназарова О.В. Концепции современного естествознания. Часть 1: учебное пособие / Ярославский Гос. ун-т. Ярославль, 2000)

Материя – «объективная реальность» (философское понятие)

Энергия – общая мера различных форм движения материи в системе. (Большая советская энциклопедия)

2) Энтропия – мера беспорядка системы. Термин был введен Клаузиусом (100 лет назад). Эта физическая величина связана с энергией системы. Всё на Земле возникает и развивается благодаря энергии, всё умирает и разрушается с ростом энтропии. (Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.:Центр, 2002. с 75).

Информация – определенность, предсказуемость состояний и отношений системы (в широком значении). Также информацию можно определить, как эквивалент упорядоченности, организованности системы, т.е. отрицательной энтропии (или негэнтропии). (Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.:Центр, 2002. с 75).

3) Система – целое, составленное из частей; это упорядоченное определенным образом множество элементов, взаимосвязанных между собой и образующих некоторое целостное единство; это некоторая целостность, составные части которой прямо или косвенно определяют состояние друг друга.

Правила выделения систем

1)выделить цель системы;

2)указать «строящие» её первичные элементы, рассматриваемые как «неделимые» на данном фиксированном уровне анализа;

3)определить связи между элементами;

4)определить законы композиции – условия, подчиняясь которым связи реализуются, а элементы объединяются в целостность.

(Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.:Центр, 2002. с 72-83).

4) Разновидности систем

1. Однородные и разнородные.

-однородные: одинаковые элементы

-разнородные: разные элементы

2. Открытые и закрытые.

-открытые: взаимодействуют с другими системами и с окружающей средой, обмениваются энергией Е, веществом М, информацией Н.

-закрытые: системы не взаимодействуют с другими системами и с окружающей средой.

3. Равновесные и неравновесные

-равновесные: для перехода из одного состояния в другое требуют притока энергии, при совершении этого перехода они могут сохранять свое состояние достаточно долго без дополнительного притока энергии, вещества, информации.

-неравновесные: требуют постоянного притока энергии вещества, информации на поддержание своей сложности, т.к. часть энергии всё время рассеивается.

(Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.:Центр, 2002. с 72-83).

5) Второй закон термодинамики, его интерпретация с позиции термодинамики, космологии, философии.

II закон термодинамики:

в замкнутой, т.е. изолированной в тепловом и механическом отношении системе энтропия либо остается неизменной (если в системе протекают обратимые, равновесные процессы), либо возрастает (при неравновесных процессах) и в состоянии равновесия достигает максимума.

С позиции термодинамики:

1)передача теплоты от холодного источника к горячему невозможна без затраты работы;

2)невозможно построить периодически действующую машину, совершающую работу и соответственно охлаждающую тепловой резервуар;

3)природа стремится к переходу от менее вероятных состояний к более вероятным.

Другими словами, второй закон термодинамики запрещает так называемые вечные двигатели второго рода, показывая, что невозможно всю внутреннюю энергию тела превратить в полезную работу.

С точки зрения космологии:

Все процессы в природе протекают в сторону увеличения состояния, в сторону увеличения энтропии. Она может увеличиваться только в замкнутых системах, как температура может идти только вперед. Вся энергия перейдет в тепловую, всё превратится в стационарное критическое состояние – гипотеза тепловой смерти. (Клаудиус)

С точки зрения философии:

Всё придет к хаосу. Принцип энтропии – если мы сегодня есть, то это позволяет оценивать события, т.е. процессы усложнения, а не распада.

(Кириллин В.А.Техническая термодинамика: Учебник для вузов.- 4-е изд., перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1983.)

6) Несоответствие между превращением теплоты в работу и работы в теплоту приводит к односторонней направленности реальных процессов в природе, что и отражает физический смысл второго начала термодинамики в законе о существовании и возрастании в реальных процессах некой функции, названной энтропией, определяемой как мера молекулярного беспорядка.

Энтропия – это мера беспорядка системы, мера рассеивания энергии, форма выражения количества связанной энергии, которую имеет вещество.

Согласно второму закону термодинамики, все реальные процессы во Вселенной должны протекать с увеличением энтропии. Энтропия, как показал Больцман, характеризует степень беспорядка в системе: чем она больше, тем больше беспорядок.

Физический смысл возрастания энтропии сводится к тому, что состоящая из некоторого множества частиц изолированная (с постоянной энергией) система стремится перейти в состояние с наименьшей упорядоченностью движения частиц. Это и есть наиболее простое состояние системы, или термодинамическое равновесие, при котором движение частиц хаотично. Максимальная энтропия означает полное термодинамическое равновесие, что эквивалентно хаосу. Однако, исходя из теории изменений Пригожина, энтропия - не просто безостановочное соскальзывание системы к состоянию, лишенному какой бы то ни было организации. При определенных условиях энтропия становится

прародительницей порядка.

(Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.:Центр, 2002. с 86-87;

Кириллин В.А.Техническая термодинамика: Учебник для вузов.- 4-е изд., перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1983)

7) Второй закон термодинамики носит статистический характер (имеет статистическую природу) то есть применим только к системам, содержащим большое количество частиц.

Рассмотрим пример: газ, находящийся в одной половине сосуда, стремится равномерно распределиться по всему его объему, если убрать перегородку. Это происходит потому, что первое состояние более упорядочено, его можно осуществить всего двумя способами, когда газ находится или в той, или в другой половине сосуда. Второе состояние, когда газ равномерно распределен по всему объему, наиболее беспорядочно, так как может быть осуществлено огромным количеством способов за счет взаимной перестановки всех молекул газа при сохранении их полной энергии. А если в нашем примере газ содержал бы десяток частиц, то за счет флуктуаций они иногда бы собирались в той или иной половине сосуда. Однако с ростом числа частиц эти состояния наступали бы все реже и реже, а при количестве частиц порядка 10²² такое событие было бы просто невероятным. Хотя принципиально оно может наступить, так как вероятность его осуществления хоть и бесконечно мала, но в точности не равна нулю.

(Кириллин В.А.Техническая термодинамика: Учебник для вузов.- 4-е изд., перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1983)

8) Второй закон термодинамики утверждает, что все реальные процессы во Вселенной должны протекать с нарастанием беспорядка и разрушением структур – с нарастанием энтропии.

Более точная формулировка второго начала термодинамики принимает тогда вид: при самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает.

В состоянии равновесия она максимальна. Энтропия, как показал Больцман, характеризует степень беспорядка в системе: чем она больше, тем больше беспорядок. Теперь ясно, что тепловая энергия равновесного состояния бесполезна для совершения работы, потому что она наиболее беспорядочна. Становится ясным, почему все естественные процессы в природе идут с рассеянием энергии. Потому что это увеличивает беспорядок.

(Кириллин В.А.Техническая термодинамика: Учебник для вузов.- 4-е изд., перераб.- М.: Энергоатомиздат, 1983)

9) Эволюция - объективно происходящее во времени изменение, проявляющееся как неукоснительное, непрерывное совершенствование, ведущее к повышению качественного уровня и степени организации объектов, а на основе этого - их успешной адаптации и эффективного функционирования в рамках определенных условий.

Эволюция — это способ живого противостоять энтропии, нарастающему хаосу и беспорядку. Она творит разные новшества, но естественный отбор сохраняет только те из них, что придают организмам устойчивость к дальнейшим изменениям, те, что позволяют им воспроизводить свои копии в длинном ряду поколений, практически не меняясь. Как это ни странно, но получается, что эволюция работает против себя самой.

Мы привыкли к тому, что эволюция есть создание чего-то нового, более сложного и совершенного. Но на самом деле эволюция — это создание не просто нового, а нового, которое сопротивляется дальнейшим изменениям. Удивительно то, что, сопротивляясь энтропии, эволюция на самом деле этой самой энтропией движима. Так, никуда не деться организмам от мутаций — сбоев в механизме передачи наследственной информации от родителей к потомкам. Мутации приводят, в конце концов, к гибели организмов и вымиранию видов. Но удивительно то, что в ходе этого разрушительного по сути своей процесса (частного проявления энтропии) случайно создаются новшества, которые опять же случайно могут оказаться устойчивыми к дальнейшей деградации. Вот они-то и сохраняются отбором. Так возник когда-то генетический код (недаром он универсальный для всех организмов!) и механизм воссоздания организмами своих копий из материала окружающей среды, так появился диплоидный набор хромосом и половое размножение так возникала забота о потомстве и разные другие сложнейшие формы поведения животных (а в конце концов и наша культура). Короче говоря, так сформировалось всё то, что позволяет организмам воспроизводить себя в потомках, не исчезая с лица Земли. (А.П. Садохин Концепции современного естествознания. М., 2005)