Ekologjia e dijes. Pse mendoni se hamë? Përgjigja standarde dhe në të njëjtën kohë plotësisht e pasaktë, dhe madje, përkundrazi, e pasaktë: ne marrim energji. Cili është i saktë? Unë do t'ju them tani. Por le të fillojmë me entropinë.

Pse mendoni se hamë? Përgjigja standarde dhe në të njëjtën kohë plotësisht e pasaktë, dhe madje, përkundrazi, e pasaktë: ne marrim energji. Cili është i saktë? Unë do t'ju them tani. Por le të fillojmë me entropinë.

Entropia- koncepti është shumë kompleks dhe i shumëanshëm. Një lloj budallallëku që përshkon gjithçka rreth nesh dhe neve. Dhe nëse përpiqeni të përcaktoni se çfarë është, atëherë është një masë çrregullimi, një masë kaosi. Dhe entropia lind nga një fakt i përditshëm krejtësisht në dukje i padëmshëm: asgjë e ftohtë nuk mund të ngrohë diçka më të ngrohtë. Përkundrazi, diçka e nxehtë do ta ngrohë këtë të ftohtë derisa të ndodhë ekuilibri termik midis këtyre dy objekteve. Një vezë e sapozier e nxehtë, siç e dini, do të ftohet mjaft shpejt nëse e vendosni në ujë të ftohtë, por do ta ngrohë këtë ujë. Të dyja do të bëhen të ngrohta. Mund ta hani rehat një vezë dhe mund ta hidhni ujin nëse nuk gjeni ndonjë përdorim tjetër për të: por herët a vonë ajo do të ftohet përsëri, duke u bërë e barabartë me temperaturën e ajrit në kuzhinën tuaj. Gjithçka e përshkruar më sipër në fizikë quhet ligji i dytë i termodinamikës. Ai, ky fillim i dytë, nuk rrjedh nga asgjë. Nuk është pasojë e ndonjë teorie të madhe dhe nuk rrjedh nga teorema të sofistikuara. Ky është thjesht një fakt i vërejtur. Ne supozojmë se kjo është kështu sepse askush në botën tonë nuk ka parë ndonjëherë gjërat e ftohta të ngrohin gjërat e nxehta edhe më shumë.

Dhe entropia është pasojë e këtij fakti. Entropia (kaosi) maksimal në sistem (veza, uji i ftohtë dhe ajri në kuzhinën tuaj) do të ndodhë kur sistemi të arrijë ekuilibrin termodinamik, domethënë, temperatura e vezës, ujit dhe ajrit që i rrethon është e barabartë. Sigurisht, nëse nuk e hani vezën ndërsa është ende e ngrohtë. Duket se kur gjithçka është e ekuilibruar, atëherë vjen rendi i plotë. Por jo. Është e kundërta. Dhe kjo lidhet me mikrogjendjen e brendshme të sistemit, nivelin e tij molekular.

Imagjinoni të gjitha ato një mori molekulash që përbëjnë ajrin në kuzhinën tuaj. Ata nxitojnë krejtësisht rastësisht, në mënyrë kaotike në të gjithë vëllimin e tij, duke u përplasur dhe duke ndryshuar vazhdimisht drejtimin. Për më tepër, sa më e lartë të jetë temperatura (është vapa e verës, por ju nuk e keni instaluar kondicionerin), aq më shpejt dhe, për rrjedhojë, më kaotike këto molekula vërshojnë rreth jush. Prandaj përfundimi i parë: sa më e lartë të jetë temperatura e sistemit, aq më e lartë është masa e kaosit të tij, domethënë entropisë. Por le të shohim të njëjtin ajër në kuzhinën tuaj nga ana tjetër. Pavarësisht se sa e çuditshme mund të duket, është pikërisht falë lëvizjeve kaotike dhe të rastësishme të molekulave të ajrit që ato nuk përqendrohen në asnjë cep, por shpërndahen në mënyrë të barabartë në të gjithë vëllimin e tij. Nëse ajri do të sillej ndryshe, ne do të duhej të vraponim pas tij, duke u përpjekur të përcaktonim para çdo frymëmarrjeje se në cilin cep ishte grumbulluar këtë herë. Por, falë Zotit, molekulat e ajrit normalisht sillen në mënyrën më të parashikueshme, më të mundshme: si çdo gaz, ajri do të zërë të gjithë vëllimin që do t'i ofrohet. Kuzhina është kuzhina, i gjithë pellgu ajror i Tokës është i gjithë pellgu ajror (ai nuk fluturon në hapësirë, siç e kuptoni, për shkak të gravitetit).

Ky nuk është pak ajër me entropi të lartë nga kuzhina juaj. Ky është ajri me entropi të ulët, "i shtyrë" në një kavanoz. A keni menduar ndonjëherë pse është kaq e shtrenjtë...

Dhe anasjelltas. Nëse vendosim të futim ajrin me forcë në çdo cep të kuzhinës sonë, do të na duhet shumë zgjuarsi, forcë dhe energji për ta bërë këtë. Natyrisht, do të na duhet një lloj ndarje e mbyllur, një pompë mjaft e fuqishme, një lloj impianti energjie për të ushqyer këtë pompë, etj. Me fjalë të tjera, për të bërë që ajri të sillet në një mënyrë të organizuar, do të na duhet të bëjmë një shume pune. Vetëm kështu mund ta detyrojmë të thyejë sjelljen e tij më të mundshme dhe të mblidhet në këndin që na pëlqen. Dhe në të njëjtën kohë do të zvogëlojmë masën e çrregullimit të tij: entropia e sistemit do të ulet. Nga kjo vijon: sa më pak e mundshme të bëhet mikrogjendja e një sistemi, aq më e ulët është entropia e këtij sistemi, domethënë masa e çrregullimit të tij. Dhe anasjelltas. Dhe meqenëse ekuilibri termodinamik është gjendja më e mundshme e çdo sistemi të mbyllur, atëherë ai, kjo gjendje, do të jetë entropia më e lartë.

Për disa, kjo historia ime mund të duket si diçka abstrakte, jo shumë domethënëse: çfarë na interesojnë mikrogjendjet e disa sistemeve, edhe nëse ka të bëjë me vezën që do të hamë për mëngjes. Nuk ka gjasa që të na prishë oreksin fakti që veza të vijë në ekuilibër termodinamik me ujin e ftohtë, të cilin e kemi hedhur posaçërisht për ta ftohur pak. Dhe ajri, faleminderit Zotit, sillet në mënyrën më të përshtatshme, më të mundshme për veten e tij dhe në mënyrën që ne presim. Por për fat të keq, këto nuk janë biseda abstrakte. Entropia është fakti se çdo gjë në këtë botë dhe vetë kjo botë drejton drejt vdekjes.

Ekziston një ligj i entropisë që nuk zvogëlohet. Në fakt, mund të themi me siguri se ky është ligji i rritjes së vazhdueshme të entropisë.Moszvogëlimi vlen për sistemet që kanë arritur ekuilibrin e tyre termodinamik, pra entropinë e tyre maksimale. Në të gjitha rastet e tjera, ne po flasim ekskluzivisht për një rritje të entropisë. Çfarë do të ndodhë me vezët, ujin dhe ajrin tonë në kuzhinë (kam frikë se jeni lodhur goxha prej tyre, por do t'i lëmë të qetë së shpejti) kur të arrijnë ekuilibrin e temperaturës? Nëse i konsiderojmë si një sistem të mbyllur, domethënë i izolojmë nga bota e jashtme, atëherë ky sistem përfundimisht do të arrijë paqen e plotë dhe çdo proces atje do të pushojë. Kjo do të jetë paqja e vdekjes, paqja e përjetshme. Megjithatë, një përjashtim do të jenë efektet e ndryshme kuantike që lidhen me parimin e pasigurisë, por këtu do t'i lëmë jashtë ekuacionit për të mos u ngatërruar. Është pikërisht për shkak të entropisë që krijimi i një makine me lëvizje të vazhdueshme është i pamundur, sepse evolucioni i çdo sistemi të mbyllur duhet të përfundojë në pushim të plotë.

Tona Universi- Ky është me shumë mundësi një sistem i mbyllur. Të paktën, kjo është ajo që shumica e shkencëtarëve mendojnë: nuk ka asnjë provë shkencore që diçka hyn në të nga jashtë. Çdo sistem i mbyllur priret drejt ekuilibrit termodinamik. Fakti që entropia e Universit tonë po rritet vazhdimisht është një fakt pa dyshim. Kur fizikanët vlerësuan entropinë e rrezatimit të sfondit që kishte mbetur nga Big Bengu dhe që përshkon të gjithë Universin, ata, me fjalët e tyre, thjesht mbetën të shtangur (sn: Roger Penrose. Mendja e Re e Mbretit). Dhe deri relativisht kohët e fundit, skenari më i mundshëm për vdekjen e universit konsiderohej të ishte e ashtuquajtura vdekja termike, domethënë, Universi duhet, siç dukej atëherë, të përfundonte rrugën e tij, duke arritur ekuilibrin termodinamik në një temperaturë afër zero absolute. E thënë thjesht, ngrini.

Por kur u vlerësua entropia e vrimave të zeza, u bë e qartë se ajo, dhe për këtë arsye entropia e të gjithë Universit, ishte shumë urdhra të madhësisë më të madhe se sa mund të imagjinohej. Pika e ekuilibrit të Universit tonë si sistem duhet të jetë ekuilibri i një vrime të zezë supermasive. Nuk ka asnjë skenar të vetëm optimist të vërtetuar shkencërisht për evolucionin e botës sonë: vdekja e saj është e pashmangshme.

Bota që shohim rreth nesh është e dënuar sepse bazohet në parimin e një dëshire të vazhdueshme për vetëshkatërrim: një maksimum çrregullimi dhe një minimum energjie. Çdo fushë përpiqet të hedhë energji të tepërt, duke formuar një kuant; çdo elektron i ngacmuar, në çdo rast, heq dorë nga një foton shtesë në mënyrë që të zbresë në një nivel më të ulët energjie; Çdo gur është gati të rrokulliset nga mali në rastin e parë për të hequr qafe energjinë e tepërt potenciale.

Nga pikëpamja e njohurive moderne shkencore, vetë lindja e Universit, formimi i yjeve dhe planetëve (në përgjithësi, materies), origjina e jetës dhe formimi i vetëdijes duket krejtësisht i panatyrshëm për botën tonë. Të gjitha këto dukuri janë krejtësisht në kundërshtim me rrjedhën kryesore të evolucionit të botës. Sigurisht, në nivel lokal, në qoshet individuale të Universit, mbizotërimi i negentropisë është i mundur (ky term tregon entropinë negative, domethënë një masë të procesit të kundërt - një ulje të çrregullimit; pak më vonë do të shohim se negentropia është pothuajse gjithmonë identike me një koncept të tillë si informacioni). Por kjo vjen me çmimin e rritjes së entropisë rreth qosheve të tilla të jashtëzakonshme.

Pra, pse hamë? Për të marrë energjinë që i nevojitet një personi, mjafton dielli i verës ose një sobë me bark në të ftohtë. Por për shumë prej nesh kjo nuk është e nevojshme: mbani mend, masa është proporcionale me energjinë. E keni peshuar veten kohët e fundit? Çdo person jep në hapësirën përreth përafërsisht të njëjtën sasi të energjisë termike që merr nga jashtë. Dhe nëse merrte më shumë se sa dha, do të rritej vazhdimisht në përmasa (gjë që ndodh me shumë prej nesh). Por mbani mend se sa energji(!) shpenzon trupi ynë për të hequr qafe energjinë e tepërt termike (me entropi të lartë) në nxehtësi: rritje të punës së gjëndrave të djersës, zgjerim të enëve të gjakut, frymëmarrje të shpejtë dhe rrahje zemre...

Në fakt, me ushqimin, para së gjithash, ne kemi negentropi. Njeriu është një krijesë shumë e organizuar, domethënë, më falni shprehjen, një krijesë me entropi të ulët. Për të ruajtur këtë gjendje, ajo ka nevojë për një burim të kësaj entropie më të ulët. Një burim i tillë për ne janë bimët që kanë mësuar fotosintezën dhe janë të afta të krijojnë substanca organike (të ndërlikuara dhe të pamundura, prandaj dhe me entropi të ulët) nën ndikimin e dritës së diellit. Spektri i dukshëm i dritës është një formë rrezatimi me entropi relativisht të ulët. Është ajo që bimët (dhe disa mikroorganizma) përdorin për të ndarë dioksidin e karbonit atmosferik në oksigjen dhe karbon dhe më pas formojnë strukturën e tyre komplekse organike. Në të njëjtën kohë, ato lëshojnë nxehtësi në hapësirën përreth, e njohur gjithashtu si rrezatim infra të kuqe me entropi të lartë.

Ne hamë bimë direkt, si dhe në mënyrë indirekte duke ngrënë mish, peshk dhe produkte të tjera shtazore (është e qartë se ata që ne hamë, deri vonë, hanin bimë ose ata që hanin bimë). Dhe në këtë mënyrë ne marrim komponime organike komplekse, nga të cilat ne ndërtojmë më tej veten, duke përfshirë sistemin tonë kompleks të energjisë (entropisë së ulët). Dhe jashtë ne përsëri lëshojmë nxehtësi dhe dioksid karboni me entropi relativisht të lartë kur marrim frymë. Nëse kafshët, duke përfshirë njerëzit, do të ishin vetë të afta për fotosintezë, atëherë ata ndoshta nuk do të kishin nevojë për ushqim fare në një temperaturë të rehatshme ambienti. Me përjashtim të plehrave minerale. Dhe uji, sigurisht. Nuk e di për ju, për disa arsye kjo mundësi hipotetike nuk më bën shumë të lumtur: ose më pëlqen të ha shumë, ose kam një qëndrim arrogant ndaj bimëve dhe nuk dua të jem si ato. Të dyja ndoshta nuk janë shumë të mira. Por një gjë është e qartë: ndarja e punës është e përshtatshme jo vetëm në shoqërinë njerëzore, por edhe në natyrën e gjallë në tërësi.

Kështu hëngrëm drekë...

Falë një heterogjeniteti të tillë lokal në cepin tonë të Universit, siç është Dielli rrezatues, në qiellin tonë ne kemi një burim të lirë të rrezatimit të renditur me entropi të ulët. Prandaj, ekzistenca e jetës në planetin tonë është e mundur. Por, duke marrë rrezet e diellit, ne, Toka dhe të gjithë banorët e saj së bashku, si një "faleminderit", ridrejtohemi në hapësirën e ftohtë, para së gjithash, rrezatimi termik me entropi të lartë, kaotik. Kështu, entropia e të gjithë sistemit, Universit tonë, rritet. Po në lidhje me hapësirën? Madje kam frikë të belbëzoj për sasinë e pabesueshme të entropisë që njerëzit, krijesat e konsideruara si inteligjente, prodhojnë rreth vetes: në habitatin e tyre. Pagesa për produktet e të gjitha teknologjive tona të larta (dhe jo shumë të larta), dhe këto produkte janë gjithashtu një formë materie shumë e organizuar (e organizuar nga ne), është e njëjta ndotje e mjedisit, e cila tashmë është bërë një kërcënim i drejtpërdrejtë për ekzistenca e vetë njerëzimit.

Entropia ka nënshtruar jo vetëm materien dhe energjinë. Ajo nënshtroi vetë kohën. Të gjitha ekuacionet themelore të fizikës që përshkruajnë botën tonë janë simetrike në kohë. Kjo do të thotë, e ardhmja dhe e kaluara, nga pikëpamja e fizikës, janë absolutisht të barabarta. Dhe në mekanikën klasike, dhe në mekanikën kuantike, dhe në ekuacionet valore të Maksuellit, dhe në teorinë e relativitetit, kudo (ka një përjashtim që lidhet me fizikën bërthamore, i ashtuquajturi ndërveprim i dobët, por vetë shkencëtarët bërthamorë nuk e kuptojnë ende çfarë rrjedh nga ky përjashtim). Ekuacionet janë ekuacione sepse ana e majtë është e barabartë me të djathtën. Me fjalë të tjera, koha nuk duhet të ketë ndonjë drejtim: nga e kaluara në të ardhmen, nga e ardhmja në të kaluarën - është e njëjta gjë. Nëse jo për entropinë!

Një shembull klasik që fizikanët përdorin për t'i treguar të pa iniciuarit se si koha ka një drejtim, ose siç quhet ndryshe shigjeta e kohës. Një filxhan çaj në tryezë. Këtu ajo qëndron. Ajo u godit aksidentalisht, ajo bie, ka copëza përreth, çaji përhapet në dysheme. Fotoja është parë nga të gjithë ne më shumë se një herë. Por askush nuk e ka parë ndonjëherë të kundërtën, përveç rikthimit të videos ose filmit: në mënyrë që fragmentet të mblidheshin përsëri në një filxhan të tërë, çaji u ngjit në të dhe filxhani u hodh lehtësisht mbi tryezë. Por nga pikëpamja e fizikës, energjia e marrë nga filxhani kur bie dhe përplaset me dyshemenë do të jetë saktësisht e barabartë me energjinë e nevojshme që të gjitha fragmentet dhe çaji të bashkohen dhe të hidhen përsëri në tryezë. Ligji i ruajtjes së energjisë këtu funksionon plotësisht. Pra, çfarë po ju pengon ta bëni këtë? Një ligj tjetër që rrjedh nga ligji i dytë i termodinamikës: ligji i entropisë jozvogëluese.

Çështja këtu është se energjia e marrë nga kupa kur bie u shndërrua kryesisht në nxehtësi. Atomet e fragmenteve dhe çajit, pasi goditën dyshemenë (i cili gjithashtu u ngroh pak), filluan të lëviznin pak më shpejt, më kaotik. Domethënë, entropia e sistemit është rritur. Dhe për t'i kthyer ato në gjendjen e tyre të mëparshme, më të organizuar, do të kërkohet një riorganizim tepër i saktë i këtyre atomeve, gjë që, ka shumë të ngjarë, është thjesht e pamundur. Për të mos përmendur faktin se një pjesë e nxehtësisë së krijuar do të shpërndahet menjëherë në hapësirën përreth. Natyrisht, nëse kujtojmë ligjet e mekanikës kuantike, mund të shpresojmë ende se nga të gjitha miliarda, miliarda, miliarda gota, gota, gota, gota, pjata, tas, tas, etj., që kanë rënë nga tavolinat në e gjithë historia e njerëzimit, të paktën një (ose një) u mblodh dhe ende u hodh në vendin e tij origjinal. Por më thuaj sinqerisht, a do t'u besosh dëshmitarëve të një incidenti të tillë? Në rastin më të mirë, vendosni që këta dëshmitarë kishin pirë më parë shumë nga përmbajtja e filxhanëve, gotave, gotave dhe gotave të tyre dhe se nuk kishte fare çaj në to. Edhe pse ligjet e fizikës nuk i ndalojnë ngjarje të tilla. Por ato, këto ngjarje, janë shumë të rralla, prandaj ne i atribuojmë në rastin më të mirë mrekullive dhe në rastin më të keq halucinacioneve.

Ne nuk shohim vezë të skuqura që mblidhen përsëri në vezë të freskëta, hiri i oxhakut që kthehet në trungje, gunga sheqeri që kërcejnë nga kafeja e nxehtë drejt e në dorën e personit që i vendosi atje. Koha për ne rrjedh vetëm në një drejtim. Dhe entropia, dhe vetëm entropia, vendos drejtimin e saj. Dhe ky drejtim, siç zbuluam më lart, është mjaft i zymtë: drejt shkatërrimit dhe vdekjes. Zakonisht, pasi jemi pjekur pak, ne fillojmë ta vërejmë këtë si në veten tonë ashtu edhe duke parë përreth. Por kot themi se koha është e pashmangshme. Në fakt, entropia është e paepur.

Dhe këtu do të doja të kthehesha te koncepti i singularitetit, të cilin e diskutuam në artikullin e mëparshëm. Ne kemi parë në disa detaje se cilat do të jenë singularitetet përfundimtare (ose singulariteti përfundimtar) i kësaj bote. Ky singularitet është një vrimë e zezë - sistemi më i lartë i entropisë i njohur për njerëzimin. Por e njëjta pamje sugjeron se bota jonë në fillim duhet të kishte qenë shumë e rregullt. Singulariteti fillestar që lindi Big Bengun duhet të ketë qenë me entropi jashtëzakonisht të ulët, sepse në botën që vëzhgojmë, entropia është vazhdimisht në rritje, që do të thotë se dikur ishte e ulët ose e barabartë me zero. Kozmologjia e sotme është një hapësirë ​​e mistereve të pazgjidhura dhe mistereve të pazgjidhura. Por misteri i gjendjes fillestare të botës është ndoshta më i madhi.

Roger Penrose vlerësoi vlerën e entropisë për kolapsin përfundimtar të Universit tonë: 1010123! Nga këtu, përmes idesë së një vëllimi fazor (hapësira fazore është bashkësia e të gjitha gjendjeve të një sistemi në një moment të caktuar kohor. Në hapësirën fazore, gjendja e një sistemi përshkruhet nga koordinatat e një pike, dhe i gjithë evolucioni i sistemit përshkruhet nga lëvizja e kësaj pike), përfundon Penrose për mundësinë e shfaqjes së një bote në të cilën u vëzhgua ligji i dytë i termodinamikës siç e njohim ne.

Kjo vlerë tregon se sa i saktë duhet të ketë qenë plani i Krijuesit: saktësia ishte afërsisht një në 1010123! Kjo është saktësi e mahnitshme. Një shifër e tillë as nuk mund të shkruhet plotësisht në sistemin e zakonshëm dhjetor: do të përfaqësonte 1 e ndjekur nga 10¹²³ zero! Edhe nëse do të ishim në gjendje të shkruanim "0" në çdo proton dhe çdo neutron në univers, dhe gjithashtu të përdornim çdo grimcë tjetër për këtë qëllim, numri ynë do të mbetej ende i pashkruar. (R. Penrose. Mendja e re e Mbretit)

Vërej se probabilitetet nën 1/1050 konsiderohen zero nga matematikanët dhe nuk merren parasysh në llogaritjet, dhe ky numër, i shkruar në sistemin dhjetor, përshtatet lehtësisht në një rresht të një fletë standarde letre shkrimi.

Numri i paimagjinueshëm i dhënë nga Penrose (dikush do të donte t'i bënte një emër të duhur dhe ta shkruante me shkronjë të madhe - Numri), sipas tij, është shumë i përafërt, saktësia më e vogël që kërkohej për të organizuar Big Bengun, i cili lindi. ndaj botës që vëzhgojmë. Në të njëjtën kohë, singulariteti përfundimtar i Universit, shembull i të cilit për ne është singulariteti i vrimave të zeza, siç thamë më lart, duhet të jetë plotësisht kaotik. Bota materiale po shkon drejt vdekjes. Por ai u krijua për jetën! Dhe shpresoj të flas për këtë në të ardhmen. botuar

Kur isha student i vitit të parë në Universitetin e Lartë Teknik të Moskës. Bauman, në klasat e kimisë na u tha për entropinë. Ishte një tronditje! Për herë të parë në jetën time, pashë jo aq një kuptim shkencor, por një kuptim filozofik dhe madje etik në një vlerë shkencore natyrore.

Entropia është një masë e rregullsisë së një sistemi. Ai vetë nuk mund të matet, mund të vlerësohet vetëm rritja ose ulja e tij. Për shembull, lapsat në një kuti kanë më pak entropi sesa lapsat e shpërndarë në një tavolinë. Një copë shkumës ka më pak entropi se e njëjta pjesë e grimcuar në pluhur. Një libër me tekst ka më pak entropi se e njëjta sasi letre bosh. Një kub i zgjidhur i Rubikut ka më pak entropi se një kub i çmontuar.

Gjëja më interesante në lidhje me entropinë është (nuk do t'i përmbahem fizikës strikte për hir të thjeshtësisë së shpjegimit) se në botën tonë ajo është vazhdimisht në rritje. Universi po zgjerohet, shpërndan nxehtësinë e tij, ky proces është i pakthyeshëm, ai çon në një rritje të entropisë dhe, në kufi, në vdekjen termike të Universit. Nëse gjërat vazhdojnë siç janë tani, kjo botë një ditë do të shkatërrohet plotësisht. Këtu. E trishtuar.

Por ky proces mund të kundërshtohet me diçka. Kur një pemë rritet, ajo organizon materien dhe redukton entropinë. Kur një person shkruan një libër, ai redukton entropinë. Kur shumë njerëz ndërtojnë një qytet ose jetojnë me ligj, ata reduktojnë entropinë. Çdo aktivitet organizativ redukton entropinë dhe, si rezultat, i reziston shkatërrimit të botës. Do të thosha më shumë: organizimi i ndërgjegjshëm, veprimtaria krijuese redukton entropinë. Mendimi i mirëorganizuar redukton entropinë. Kështu, ne kemi diçka për të kundërshtuar vdekjen termike të Universit. E them këtë shumë seriozisht, duke kuptuar se ne nuk jemi të vetmet krijesa në këtë botë të aftë për të menduar dhe krijuar me vetëdije.

Kur e kuptova këtë, fillova të përmbahem rregullat e reduktimit të entropisë. Ky rregull nuk ekziston në fizikë apo kimi, ai është i një natyre thjesht etike. Thelbi i saj është se si rezultat i aktivitetit tuaj, entropia duhet të ulet. Ose, me fjalë të tjera, nuk duhet të rrisni entropinë e botës në të cilën jetoni. Ky rregull i thjeshtë ka aspektet e mëposhtme:
- jepi më shumë botës sesa merr prej saj
- lini pas një rregull më të madh se sa ka pasur para jush
- kurrë mos e mbani mendjen bosh, boshe (një mendje e zbrazët rrit entropinë)
- përpiquni të përfundoni projektet e filluara
- Mundohuni të kërkoni sa më pak nga të tjerët, por më shumë nga vetja
- nuk kanë asnjë lloj borxhi
- përpiquni të eliminoni çdo rrëmujë që hasni
- etj. - mund të vazhdoni për një kohë të gjatë

Unë do të them menjëherë se unë vetë nuk jam gjithmonë në gjendje ta ndjek këtë rregull. Por unë jam duke u përpjekur.

Ky është një tekst përcaktues për mua. Përcaktimi se si e kuptoj një nga pyetjet kryesore të universit. Edhe dy.

Pyetja e parë: Si ndryshon i gjalli nga i vdekuri?

Për të dalluar të gjallën nga të vdekurit, unë përdor ligjin e dytë të termodinamikës. Sipas të cilit, në një sistem të mbyllur (nuk ka shkëmbim të energjisë dhe materies përgjatë kufirit të sistemit), entropia (një masë e kaosit, çrregullimit, përzierjes së rastësishme dhe uniforme) nuk zvogëlohet me kalimin e kohës. Mbetet i pandryshuar ose rritet. Dhe në përgjithësi, procesi i rritjes së entropisë (rendit në rënie) është mjaft spontan.

Dhe nëse i shtoni pak energji, ndonjëherë ajo bëhet e shpejtë dhe pothuajse e pakthyeshme. Një ilustrim i qartë i sa më sipër është shprehja popullore "është e pamundur të kthesh mbushjen".

Dhe këtu janë sistemet që rrisin entropinë e tyre kur energjia hyn në to - ata janë të vdekur.
Sistemet e gjalla karakterizohen nga një aftësi e mahnitshme për të përdorur energjinë që hyn në sistem për të zvogëluar entropinë e tyre. Dhe ndonjëherë jo vetëm e tyre, por edhe hapësira e vdekur që i rrethon.

Kështu, njerka, që përziente bizele dhe hi për Hirushen, me siguri ka vdekur në këtë histori. Dhe Hirushja (dhe veçanërisht miu), duke ndarë bizelet nga hiri, është sigurisht e gjallë.

Dhe sipas kësaj logjike njeriu është kurora e krijimit jo sepse është i zgjuar, punon apo diçka tjetër. Por sepse ai është më i mirë se të gjitha qeniet e tjera të gjalla në shndërrimin e energjisë në rregull. Sepse ai është më i miri në luftimin e entropisë jo vetëm brenda vetes (ndërtimi i organizmit të tij), por edhe rreth tij. Sepse një person di të përhapë rendin që krijon shumë larg rreth vetes.

Me të njëjtën logjikë, kuptimi i përparimit teknologjik, të cilin disa (për shembull, ekologë) e kritikojnë, dhe shumë thjesht dyshojnë në domosdoshmërinë e tij, bëhet mjaft i qartë. Pra, së pari, përparimi teknologjik i lejon një personi të menaxhojë gjithnjë e më shumë energji për të luftuar entropinë. Së dyti, përparimi teknologjik i lejon njerëzit të përdorin energjinë në mënyrë më efikase për të luftuar entropinë. Me fjalë të tjera, përparimi teknologjik është një nga format kryesore të shfaqjes së jetës njerëzore. Nëse refuzojmë përparimin teknologjik, do të vdesim. Kjo është pikërisht ajo që na bën të gjallë. Është përparimi teknologjik ai që na bën gjithnjë e më të gjallë.

Me të njëjtën logjikë, nevoja për të kërkuar vazhdimisht burime të reja energjie bëhet e dukshme. Nafta, gazi dhe qymyri një ditë do të mbarojnë - dhe njerëzimi ka nevojë jetike për energji. Atomi, shkrirja termonukleare dhe dielli janë, për mendimin tim, kandidatët e parë.

Me të njëjtën logjikë, e ardhmja e njerëzimit është e lidhur pazgjidhshmërisht me hapësirën. Për të filluar, në kuadrin e të paktën sistemit diellor. Nëse njerëzimi nuk ka hapësirë, njerëzimi nuk do të ketë të ardhme. Së pari, dielli është (për momentin) një burim i pashtershëm energjie për një periudhë afatmesme (dhjetë mijë vitet e ardhshme). Së dyti, çdo formë e jetës gjeneron mbeturina dhe njerëzit nuk bëjnë përjashtim. Këto mbetje duhet të ruhen diku dhe hapësira e pafund është një vend i shkëlqyer për një depo të tillë.

Dhe pyetja e dytë më e rëndësishme e universit. Çfarë është ndjenja e jetës? Kuptimi i jetës sime personalisht është të luftoj entropinë rreth meje.

Upd: Kuptimi i jetës së Anton Buslov.

Sot do t'i kthehemi termodinamikës. Le të përpiqemi të kuptojmë pse kaosi është kaq i rëndësishëm dhe nëse ai mund të shpjegojë misterin se si funksionon koha. Zakonisht flasim për kozmologjinë, relativitetin, mekanikën kuantike, fizikën e grimcave dhe më shumë, por çfarë ka të keqe të marrësh një moment për t'u zhytur në shekullin e 19-të dhe për të përqafuar disa termodinamikë të modës së vjetër? Termodinamika nuk është gjithçka e keqe: ajo ndihmoi në fillimin e Revolucionit Industrial dhe përfundimisht do të jetë përgjegjëse për vdekjen e universit. Ajo meriton respektin tuaj.

Pyetja do të jetë:

“Le të themi se entropia është një masë e çrregullimit të objekteve. Por çfarë është kaq e rëndësishme për të që të jetë një ligj?”

Nëse shikoni pothuajse të gjitha ligjet e fizikës, koha rrjedh pothuajse vonë. Bëni një film të dy elektroneve që përplasen, dhe më pas ekzekutoni filmin në të kundërt, dhe versioni i dytë do të duket po aq normal dhe fizikisht i saktë sa versioni i parë. Në nivelin mikroskopik, koha duket pothuajse simetrike. Sepse termodinamika me të cilën jemi mësuar nuk funksionon në këtë nivel.

Në nivelin makroskopik, gjithçka është krejtësisht ndryshe. Ju nuk e mbani mend të ardhmen, për shembull, nuk mund të ngjitni një vezë ose të ndani një koktej në përbërësit e saj. Dhe duke folur për mundësinë e udhëtimit në kohë, nënkuptojmë vetëm një shigjetë të kohës, një vektor, një drejtim: përpara.

Ekziston një emërues i përbashkët që ndan të ardhmen nga e kaluara: gjithçka bëhet e çrregullt. Ju e dini këtë si "ligji i dytë i termodinamikës". Ose nuk e dini. Nuk më intereson.

Ligji i dytë fjalë për fjalë thotë se gjithçka shkatërrohet, ose se gjërat bëhen gjithnjë e më kaotike dhe të çrregullta me kalimin e kohës, por kjo nuk është plotësisht e vërtetë. Kjo është e saktë: entropia totale e një sistemi të mbyllur rritet me kalimin e kohës. Entropia është një masë e numrit të mënyrave se si mund t'i ktheni gjërat përmbys dhe t'i mbani të njëjtat sasitë makroskopike.

Një shembull shumë shkollor

Në çdo kohë të caktuar, do të shihni një pamje të rastësishme të tre molekulave. Ka tetë mënyra të ndryshme për të organizuar molekulat, por vetëm dy prej tyre (LLL, PPP) do t'i përshtatin të tre molekulat në një pjesë të enës. Kjo është vetëm një shans 25%. Pjesën tjetër të kohës, atomet ka të ngjarë të shpërndahen në mënyrë të barabartë. Dhe një shpërndarje uniforme është një gjendje më e lartë e entropisë sesa ajo e përqendruar.

Ju mund të luani të njëjtën lojë duke mbledhur një pëllëmbë plot me monedha dhe duke i hedhur në ajër. Kokat dhe bishtat janë anët e djathta dhe të majta të kutisë, dhe anasjelltas. Bëni këtë gjest disa herë dhe do të shihni se molekulat janë pothuajse gjithmonë të shpërndara në mënyrë të barabartë.

Numrat e mëdhenj e kthejnë probabilitetin në ligj

Nëse e rritni numrin e molekulave të ajrit, të themi, në 10 26 ose më lart, probabiliteti dikton që lëvizjet e rastësishme përfundimisht do t'i shpërndajnë molekulat "në mënyrë të barabartë". Falë mekanikës kuantike, rastësia bëhet një pjesë themelore e të gjithave. Kjo do të thotë, duke qenë se ekziston një mundësi teknike që të gjitha molekulat e ajrit të largohen papritur nga dhoma juaj e gjumit ndërsa flini brenda pak minutash, kjo është e qartë se nuk është diçka për t'u frikësuar gjatë natës.

Rritja e entropisë është në fakt një ligj, pasi ka kaq shumë grimca në univers sa që gjasat që të gjitha të rreshtohen spontanisht në një gjendje entropie të ulët është jashtëzakonisht e vogël. I njëjti lloj ndodh të funksionojë në lidhje me lojërat e fatit dhe parashikimin e motit.

Ose një shembull tjetër. Ju merrni koka dy herë radhazi dhe nuk jeni aspak të befasuar nga kjo. Por nëse dikush merr kokë njëqind herë radhazi, bëhet e dyshimtë. Për të vlerësuar shkallën e një ngjarjeje të tillë, imagjinoni: nëse hidhni një monedhë 10 herë në sekondë, do t'ju duhet një trilion herë mosha aktuale e universit përpara se të merrni rezultatin. Përafërsisht, në një pikë të caktuar sistemi bëhet aq i madh sa që mundësia që entropia të ulet nuk është thjesht e vogël, por jashtëzakonisht afër zeros. Prandaj e quajmë “ligji i dytë”.

Kreacionistët mes jush mund ta përdorin këtë si dëshmi se gjëra komplekse (si njerëzit apo dinosaurët) nuk mund të ishin formuar kurrë. Në fund të fundit, ju jeni një person shumë i rregulluar, mendoj. Nëse jeni një re gazi, ju lutem pranoni faljen time. Por duke supozuar se jeni njeri, nuk është e çuditshme që ekzistoni si një shans i vogël për një nivel më të lartë.

Thelbi i rregullit është se entropia rritet në të gjithë universin. Për shembull, nëse bëni një frigorifer të bukur plot me ajër të ftohtë, do ta bëni këtë në kurriz të entropisë së lartë të ajrit të nxehtë. Kjo është arsyeja pse një kondicioner ka nevojë për një shkarkim, por një ngrohës jo. Për të njëjtën arsye nuk mund të ndërtoni një makinë me lëvizje të përhershme. Një pjesë e energjisë do të shndërrohet gjithmonë në nxehtësi.

Entropia rritet vazhdimisht me kalimin e kohës. Ju jeni ulur në një banjë të nxehtë në një dhomë të freskët, duke u ndjerë ngrohtë dhe komod, por më pas ngjarjet fillojnë të marrin një kthesë kërcënuese: uji në dhomë po i afrohet ajrit në temperaturë, ju ndiheni të ftohtë dhe jeni të sulmuar nga gunga.

E njëjta gjë vlen edhe për të ardhmen e Universit. Me kalimin e kohës, nxehtësia do të shpërndahet në mënyrë të barabartë në të gjithë Universin. Yjet do të digjen, vrimat e zeza do të avullojnë, do të bëhet e errët dhe e ftohtë. Bum.

Koha dhe ligji i dytë

Një nga arsyet pse këto ide po fitojnë tërheqje në përgjithësi është misteri i vëzhguesit. Universi i ri duket se ka qenë në një gjendje të rendit të lartë, por nuk ka asnjë arsye themelore pse duhet të jetë kështu. Universi i krijuar duhet të ishte në një gjendje kaosi të plotë, por përkundrazi ishte tepër i rregullt. Sistemi gravitacional i entropisë së lartë u shemb në grumbuj (duke prodhuar yje, galaktika dhe vrima të zeza), por universi ishte i qetë. Pse?

Të tjerët shkojnë edhe më tej. Eric Verlinde, për shembull, argumenton se fenomene të tilla si graviteti rrjedhin nga ligji i dytë i termodinamikës (dhe teoria e fijeve). Vlen të përmendet se ka shumë ide interesante. Shumë njerëz thonë se koha shkakton rritjen e entropisë, por entropia nuk krijon kohë. Për disa, entropia është thjesht diçka që ndodh.

Ose duhet të ndodhë me një probabilitet të lartë.

"Të gjitha proceset në botë ndodhin me një rritje të entropisë" - ky formulim i zakonshëm e ktheu entropinë nga një term shkencor në një lloj prove të padiskutueshme të luftës së dënuar të njeriut me çrregullimin që e rrethonte. Por çfarë fshihet pas kësaj sasie fizike në origjinal? Dhe si mund të llogarisni entropinë? "Teoritë dhe praktikat" u përpoqën të kuptonin këtë çështje dhe të gjenin shpëtimin nga kolapsi i afërt.

Termodinamika dhe "vdekja nga nxehtësia"

Termi "entropi" u prezantua për herë të parë në 1865 nga fizikani gjerman Rudolf Clausius. Pastaj kishte një kuptim të ngushtë dhe u përdor si një nga sasitë për të përshkruar gjendjen e sistemeve termodinamike - domethënë sistemet fizike që përbëhen nga një numër i madh grimcash dhe të afta për të shkëmbyer energji dhe lëndë me mjedisin. Problemi ishte se shkencëtari nuk ishte në gjendje të formulonte plotësisht se çfarë saktësisht karakterizon entropia. Për më tepër, duke përdorur formulën që ai propozoi, ishte e mundur të përcaktohej vetëm ndryshimi në entropi, dhe jo vlera e tij absolute.

E thjeshtuar, kjo formulë mund të shkruhet si dS = dQ/T. Kjo do të thotë se ndryshimi në entropinë e dy gjendjeve të një sistemi termodinamik (dS) është i barabartë me raportin e sasisë së nxehtësisë së shpenzuar për të ndryshuar gjendjen fillestare (dQ) me temperaturën në të cilën ndodh ndryshimi i gjendjes (T) . Për shembull, për të shkrirë akullin, duhet t'i japim pak nxehtësi. Për të zbuluar se si ka ndryshuar entropia gjatë procesit të shkrirjes, do të duhet ta ndajmë këtë sasi të nxehtësisë (kjo do të varet nga masa e akullit) me temperaturën e shkrirjes (0 gradë Celsius = 273,15 gradë Kelvin. Numërimi mbrapsht është nga absolute zero Kelvin (- 273 ° C), pasi në këtë temperaturë entropia e çdo substance është zero). Meqenëse të dyja sasitë janë pozitive, gjatë llogaritjes do të shohim se entropia është rritur. Dhe nëse kryeni operacionin e kundërt - ngrini ujin (d.m.th., hiqni nxehtësinë prej tij), vlera e dQ do të jetë negative, që do të thotë se entropia do të bëhet më e vogël.

Përafërsisht në të njëjtën kohë me këtë formulë, u shfaq formulimi i ligjit të dytë të termodinamikës: "Entropia e një sistemi të izoluar nuk mund të ulet". Duket e ngjashme me frazën popullore të përmendur në fillim të tekstit, por me dy dallime të rëndësishme. Së pari, në vend të "botës" abstrakte, përdoret koncepti i "sistemit të izoluar". Një sistem i izoluar është ai që nuk shkëmben as lëndë dhe as energji me mjedisin. Së dyti, "rritja" kategorike ndryshon në "nuk zvogëlohet" e kujdesshme (për proceset e kthyeshme në një sistem të izoluar, entropia mbetet e pandryshuar, por për proceset e pakthyeshme rritet).

Pas këtyre nuancave të mërzitshme qëndron gjëja kryesore: ligji i dytë i termodinamikës nuk mund të zbatohet pa kujdes për të gjitha fenomenet dhe proceset e botës sonë. Një shembull i mirë i kësaj u dha nga vetë Clausius: ai besonte se entropia e Universit po rritet vazhdimisht, dhe për këtë arsye një ditë në mënyrë të pashmangshme do të arrijë maksimumin e saj - "vdekjen nga nxehtësia". Një lloj nirvane fizike, në të cilën nuk ndodhin asnjë proces. Clausius iu përmbajt kësaj hipoteze pesimiste deri në vdekjen e tij në 1888 - në atë kohë të dhënat shkencore nuk lejuan që ajo të përgënjeshtrohet. Por në vitet 1920. Astronomi amerikan Edwin Hubble vërtetoi se Universi po zgjerohet, që do të thotë i tij

vështirë se mund të quhet një sistem termodinamik i izoluar. Prandaj, fizikantët modernë i marrin me qetësi parashikimet e zymta të Clausius.

Entropia si masë e kaosit

Meqenëse Clausius nuk ishte kurrë në gjendje të formulonte kuptimin fizik të entropisë, ai mbeti një koncept abstrakt deri në vitin 1872 - derisa fizikani austriak Ludwig Boltzmann zhvilloi një formulë të re që lejon njeriun të llogarisë vlerën e saj absolute. Duket si S = k * ln W (ku S është entropi, k është konstanta e Boltzmann-it, e cila ka një vlerë konstante, W është pesha statistikore e gjendjes). Falë kësaj formule, entropia filloi të kuptohej si një masë e rregullsisë së një sistemi.

Si ndodhi? Pesha statistikore e një shteti është numri i mënyrave në të cilat ai mund të realizohet. Imagjinoni desktopin e kompjuterit tuaj. Në sa mënyra mund të sillet në rend relativ? Po kaosi i plotë? Rezulton se pesha statistikore e gjendjeve "kaotike" është shumë më e madhe, dhe, për rrjedhojë, entropia e tyre është më e madhe. Mund të shikoni një shembull të detajuar dhe të llogarisni entropinë e desktopit tuaj.

Në këtë kontekst, ligji i dytë i termodinamikës merr një kuptim të ri: tani proceset nuk mund të vazhdojnë spontanisht në drejtim të rritjes së rendit. Por edhe këtu nuk duhet të harrojmë kufizimet e ligjit.

Përndryshe, njerëzimi do të kishte qenë prej kohësh në skllavëri të enëve të tavolinës njëpërdorimshme. Në fund të fundit, sa herë që lajmë një pjatë apo turi, na vjen në ndihmë vetëorganizimi më i thjeshtë. Të gjithë detergjentët përmbajnë surfaktantë (surfaktantë). Molekulat e tyre përbëhen nga dy pjesë: e para nga natyra priret të kontaktojë ujin dhe tjetra e shmang atë.

Kur futen në ujë, molekulat e zanave mblidhen spontanisht në "topa" që mbështjellin grimcat e yndyrës ose papastërtisë (sipërfaqja e jashtme e topit është pjesa e surfaktantit që është e prirur të kontaktojë me ujin dhe sipërfaqja e brendshme, e cila është rritur rreth bërthamës nga një grimcë papastërtie, është pjesa që shmanget kontakti me ujin). Duket se ky shembull i thjeshtë bie ndesh me ligjin e dytë të termodinamikës. Lëngu i molekulave të ndryshme kaloi spontanisht në një gjendje më të rregulluar me më pak entropi. Zgjidhja është përsëri e thjeshtë: sistemi "Enë të pista me ujë pas festës", në të cilin një dorë e jashtme ka hedhur detergjent, vështirë se mund të konsiderohet i izoluar.

Vrimat e zeza dhe gjallesat

Që nga ardhja e formulës së Boltzmann-it, termi "entropi" ka depërtuar pothuajse në

të gjitha fushat e shkencës dhe fitoi paradokse të reja. Le të marrim, për shembull, astrofizikën dhe çiftin "një vrimë e zezë - një trup që bie në të". Mund të konsiderohet fare mirë një sistem i izoluar, që do të thotë se entropia e tij ndaj një sistemi të tillë duhet të ruhet. Por ajo zhduket pa lënë gjurmë në një vrimë të zezë - sepse as materia dhe as rrezatimi nuk mund të shpëtojnë prej andej. Çfarë ndodh me të brenda një vrime të zezë?

Disa teoricienë të fijeve argumentojnë se kjo entropi shndërrohet në entropinë e një vrime të zezë, e cila është një strukturë e vetme e lidhur nga shumë vargje kuantike (këto janë objekte fizike hipotetike, struktura të vogla shumëdimensionale, dridhjet e të cilave krijojnë të gjitha grimcat elementare, fushat dhe fizikë të tjera të njohura). Megjithatë, shkencëtarë të tjerë ofrojnë një përgjigje më pak ekstravagante: informacioni që mungon ende kthehet në botë së bashku me rrezatimin që buron nga vrimat e zeza.

Një paradoks tjetër që bie ndesh me ligjin e dytë të termodinamikës është ekzistenca dhe funksionimi i qenieve të gjalla. Në fund të fundit, edhe një qelizë e gjallë me të gjitha shtresat e saj biologjike të membranave, molekulat e ADN-së dhe proteinat unike është një strukturë shumë e rregulluar, për të mos përmendur të gjithë organizmin. Pse ekziston një sistem me entropi kaq të ulët?

Kjo pyetje është bërë nga i famshmi Erwin Schrödinger, krijuesi i atij eksperimenti të mendimit me një mace, në librin e tij "Çfarë është jeta nga pikëpamja e fizikës": "Një organizëm i gjallë rrit vazhdimisht entropinë e tij, ose, në të tjera. fjalët, prodhon entropi pozitive dhe, kështu, i afrohet një gjendjeje të rrezikshme të entropisë maksimale, që përfaqëson vdekjen. Ai mund ta shmangë këtë gjendje, domethënë të mbetet i gjallë, vetëm duke nxjerrë vazhdimisht entropinë negative nga mjedisi i tij. Entropia negative është ajo me të cilën ushqehet trupi.”

Më saktësisht, trupi ushqehet me karbohidrate, proteina dhe yndyrna. Molekula shumë të renditura, shpesh të gjata me entropi relativisht të ulët. Dhe në këmbim, ai lëshon në mjedis substanca shumë më të thjeshta me entropi më të madhe. Ky është përballja e përjetshme me kaosin e botës.