Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Надеяться на то, что удастся раскрыть всю суть энтропии в одной статье просто бесполезно. Мы имеем дело с одним из самых сложны и неопределённых понятий физики. Но если вы не имеете представления о базовой сути энтропии, то материал вам однозначно пригодится.
Мне встречались самые разные определения этого параметра. Поэтому, мы с вами попробуем каким-то образом объединить наиболее частые описания энтропии и каждое будет относительно правильным. Почему относительно? По той самой причине, которые мы обозначали в начале материала. Слишком сложное это явление, чтобы пытаться уместить его суть в пару строк.
Наверное самое распространённое описание тут — мера беспорядка системы. С него мы и начнём.
Мера беспорядка
Можно по-разному сформулировать это описание. Кто-то скажет, что это мера упорядочивания, а кто-то — что степень беспорядочности. Оба будут правы.
Суть вопроса относится к основам строения не только самой материи, но и самых разных физических явлений и объектов. Так уж получилось, что буквально всё в физике представляет собой некоторое упорядочивание. Любая материя — это организация частичек из хаоса и «обломков» квантовой пены. Любое физическое явление — это упорядочивание обмена энергиями и так далее.
Если полагать, что степень упорядочивания определяет возможность существования физического объекта или явления, то объяснение энтропии складывается само собой. Оно будет похоже на подзаголовок этой части статьи. Энтропия есть степень упорядочивания системы, которая определяет существование этой системы.
В противовес есть интересный факт. Казалось бы, если Вселенная появилась из хаоса и в какой-то момент энтропия начала уменьшаться, то логичным направлением её изменения будет уменьшение. Но нет, мы никогда не увидим такое направление процесса в обычных случаях. Система всегда будет стремиться увеличить энтропию, поскольку это намного более выгодно с энергетической точки зрения.
Вот только как характеризовать эту упорядоченность или её отсутствие? Наверное по количеству информации о системе. И тут мы получаем вторую формулировку.
То, сколько мы знаем о системе
Любой физический процесс можно описать. В какой-то степени и хаос можно было бы загнать в математическую модель. Чем больше мы будем знать о такой модели, тем больше параметров мы можем регулировать.
Ну и очевидно, что если система совсем-таки не управляемая, то нам недостаточно параметров для её контроля. В определении энтропии это играет важную роль.
Можно сформулировать всё куда проще — чем меньше мы знаем о системе, тем выше её энтропия. Дальше уже нужное количество информации определит самые разные варианты понимания проблемы и контроля над ней.
За этим простым на первый взгляд принципом скрывается сложнейшее понимание проблем физики. Скажем, мы изучаем некоторый процесс. Наблюдаем его линейную характеристику и принимаем, что его график есть прямая линия. Несмотря на вроде как его полноценное описание мы можем утверждать, что энтропия остаётся высокой. Система не изучена в полном объеме. В какой-то точке прямая может резко перерасти в ветвь параболы. Вся линейная зависимость провалится с треском!
Такая ситуация говорит о том, что наша модель не учитывала все важные факторы и просто не знала про них. Энтропия была невероятно высокой. Похожим образом всё это выглядит и применительно к сложным исследованиям и теориям.
Поэтому, мы не можем говорить о какой-то упорядоченности или точности, когда описываем высокую энтропию. Вот вам и связь, и знаменитая формулировка про то «сколько мы знаем о системе».
Направление физического процесса или стрела времени
Вы наверное заметили, что время идёт в некотором направлении. После восхода Солнца появляются звёзды. НУ а горячий чайник на морозе остывает. Здесь мы сталкиваемся с ещё одним способом описания энтропии.
Согласно физической теории все процессы происходят в направлении увеличения энтропии. Полимерный материал на солнечном свете не становится лучше, а деградирует из-за старения. Частицам энергетически выгодно перейти из сгруппированного упорядоченного состояния в собственное плавание. Вместе с этим и полимер разваливается.
Аналогичная логика будет и в примере с остывающим чайником. Ну а стрела времени — это вообще отдельная песня о главном. Очень сложный вопрос, который мы с вами сейчас не сможем разобрать. И даже не спрашивайте «почему».
Зато вот как определение энтропии это отлично подходит. Порой говорят, что энтропия — это направление физического процесса или направление хода времени. В таком определении нет никакой ошибки, хотя от него попахивает фамильярностью. В идеале каждый процесс следовало бы описывать более детально. Но суть сохранена, а это главное.
Что же, я надеюсь, что эта информация позволит вам лучше разобраться в столь сложном и важном физическом понятии. К сожалению, мы не можем ответить на множество смежных вопросов. У науки пока нет ответов. Но мы идём в эту сторону.