Вопрос 4.
Разновидности систем:
А) Системы могут состоять из однородных и разнородных элементов.
Б) Системы могут быть открытыми и закрытыми.
Для первых характерен обмен материей и энергией с окружающей средой, в том числе и с другими системами, а во второй такой обмен исключен. Закрытых систем в реальности практически не существует, это определенный прием идеализации для решения исследовательских задач, к примеру, в области механики, законы которой приложимы именно к этому типу систем.
В) Системы могут характеризоваться равновесными и неравновесными состояниями.
В качестве иллюстрации последнего положения обратимся к классику неравновесной термодинамики Г. Хакену (1968), он рассматривает равновесные и неравновесные фазовые переходы. Вообще фазовые переходы – это скачкообразное изменение состояния системы. Наиболее известны фазовые переходы первого рода: из одного агрегатного состояния вещества в другое (жидкость – газ, твердое тело – жидкость). Это равновесные фазовые переходы из одного устойчивого состояния в другое при наличии термодинамического равновесия. Для их осуществления может быть необходима энергия (например, для таяния льда), но когда переход осуществился, его результаты сохраняются при определенных условиях и дальнейший приток энергии уже не нужен. Неравновесные же фазовые переходы отличаются тем, что новое состояние достижимо и устойчиво только при постоянном подводе энергии, так как происходит постоянная диссипация* энергии (ее рассеяние), эта ситуация очень далека от равновесия.
Вопрос 5.
Из всех известных величин энтропия - единственная физическая величина, которая однозначно изменяется со временем - возрастает в закрытых системах. По сути, это и есть второй закон термодинамики. Первое начало термодинамики знают все - это закон сохранения энергии, Иное дело - второе начало. Открытие второго начала связано с анализом работы тепловых машин и в первой формулировке Р.Ю.Э.Клаузиуса он звучал в следующей форме: "Переход теплоты от более холодного тела к более теплому, не может иметь место без компенсации". На более формализованном современном языке общей теории систем его можно выразить так: Все процессы в природе протекают в сторону увеличения вероятности состояния, в сторону увеличения энтропии. Она может только увеличиваться в закрытых системах, как время может идти только вперед.
Как заметил известный биохимик - писатель фантаст Айзек Азимов: "Первое начало гласит, что в игре с природой нельзя выиграть, а второе, что нельзя остаться и при своих." Второй принцип термодинамики есть смертный приговор: он грубо и безжалостно применяется в неживой природе, в мире, который уже заранее мертв. Жизнь, структуры которой отличаются значительной упорядоченностью, на время отменяет этот приговор, объявленный без срока исполнения.
Вопрос 6.
Может показаться,что Вселенная, после взрыва - увеличивает энтропию, а человек и живая биота - уменьшает (увеличивая информацию). В то же время это не совсем так. Все организмы в течение жизни поддерживают энтропию своих тел на низком уровне, ценой повышения энтропии окружающей среды и победа в борьбе за существование достается тем видам, которые наиболее эффективно осуществляют этот процесс. Действительно, чем сложнее устроен организм, тем меньше его зависимость от окружающей среды, тем меньше его собственная энтропия.
Деятельность идеального существа, нарушающего второе начало термодинамики, Максвелл изложил в «Теории теплоты» вышедшей в 1871г. «когда частица со скоростью выше средней подходит к дверце из отделения А или частица со скоростью ниже средней подходит к дверце из отделения В, привратник открывает дверцу и частица проходит через отверстие; когда же частица со скоростью ниже средней подходит из отделения А или частица со скоростью выше средней подходит из отделения В, дверца закрывается. Таким образом, частицы большей скорости сосредоточиваются в отделении В ,а в отделении А их концентрация уменьшается. Это вызывает очевидное уменьшение энтропии, и если соединить оба отделения тепловым двигателем, мы, как будто, получим вечный двигатель второго рода».