Дмитрий Гаранин: Закон возрастания энтропии и прогресс

 585 total views (from 2022/01/01),  1 views today

На уровне государств, тенденция к объединению сменяется тенденцией к обособлению, к поддержанию национальной идентичности, к защите границ. Поток мигрантов будет остановлен, напряжение в мире будет нарастать, сопровождаясь войнами, ускоряющимся опустошением ресурсов планеты и, как следствие, ростом энтропии.

Закон возрастания энтропии и прогресс

Дмитрий Гаранин

Тема этой статьи — очевидный парадокс, состоящий в кажущемся противоречии между постоянным усложнением жизни, появлением всё новых форм её упорядочения, новых структур, что мы называем прогрессом, и законом физики, предписывающим возрастание меры беспорядка, или энтропии, любой замкнутой большой системы. Так как в основе развития цивилизации должны быть всё те же фундаментальные физические законы, прогресс вызывает удивление и требует объяснения, если не на уровне математической модели, то, по крайней мере, на уровне общей идеи или принципа. Следует ли ожидать сглаживания или, наоборот, усиление противоречий в обществе? Сольются ли народы и расы в однорасовый народ под названием «земляне» с общей культурой и единой религией (если религии не отомрут) или будет процветать мультикультурализм с прогрессирующим дроблением на всё новые группы? Будет ли в последнем случае сосуществование мирным?

Для того, чтобы стать на твёрдую научную почву в последующих рассуждениях, необходимо вспомнить определение энтропии. Энтропия большой системы тем больше, чем равномернее частицы системы распределены по всем возможным состояниям. Те, кто не хотят вдаваться в математические детали, могут перескочить через следующий абзац.

Энтропия S системы в некоем макроскопическом состоянии была введена Людвигом Больцманом как логарифм числа микросостояний W, реализующих данное макросостояние, то есть S = k_B log W, где k_B — постоянная Больцмана. Например, если имеется сосуд, мысленно разделённый на правую и левую половины, в котором летают две молекулы газа, 1 и 2, то есть четыре микро-состояния: 12| (обе слева), 1|2 (по молекуле в каждой половине), 2|1 (то же), |12 (обе справа). В этом случае W=1 для макро-состояний с обеими молекулами в одной и той же половине и W=2 для макро-состояния, в котором имеется по одной молекуле в каждой половине. Хотя микроскопически эти два состояния различны, с термодинамической или макроскопической точки зрения это одно и то же состояние, которое может осуществляться двумя способами и может быть обозначено как 1:1. В случае трёх молекул W=1 для состояний со всеми тремя молекулами в одной половине, 0:3 и 3:0, и W=3 для состояний с одной молекулой в одной половине и двумя молекулами в другой половине, обозначаемых 1:2 и 2:1. В случае четырёх молекул, как и ранее, W=1 для состояний 0:4 и 4:0, зато W=4×3=12 для макро-состояния 2:2. В случае большого количества молекул N, что реализуется на практике, всегда W=1 для состояний со всеми молекулами в одной половине и W огромное число для макро-состояний, в которых молекулы распределены по обеим половинам сосуда. Термодинамическая вероятность W, а значит и энтропия S, достигает резкого максимума, когда молекулы распределены по сосуду равномерно. К тем же выводам можно прийти, разбив сосуд на много частей, что лишь несколько усложнит комбинаторику.

Основной постулат статистической механики гласит, что термодинамически равновесное состояние системы при фиксированной полной энергии соответствует максимуму энтропии. При этом равновесное состояние — это макроскопическое состояние, которое в конечном счёте устанавливается в ходе эволюции системы из любого начального состояния. Например, можно создать начальное (неравновесное) состояние, поместив все молекулы газа в одной половине сосуда, разделив сосуд надвое перегородкой, и затем убрав перегородку. Через короткое время газ распределится по сосуду равномерно, достигнув максимума энтропии, и после этого макроскопически ничего не будет происходить.

Процессы необратимого приближения больших систем к равновесию, или релаксации, наблюдаются как в природе, так и в физических экспериментах. Одним из дальнейших примеров является диффузия. Это явление близко к рассмотренному выше, но молекулы (или ионы) не летают в пространстве, а движутся в жидкости или в газе других молекул, подвергаясь соударениям, всё время меняющим направления их движения. Диффузия подобна блужданию совершенно пьяного человека, делающего шаги в случайных направлениях. В результате диффузии концентрация диффундирующих частиц выравнивается в пространстве, что соответствует максимуму энтропии. Если бросить в воду щепотку соли, соль растворится в воде, и ионы соли равномерно распределятся в растворе путём диффузии. Ещё один пример — выравнивание температуры. При контакте горячего тела с холодным тепло перетекает от горячего тела к холодному, пока их температуры не сравняются.

С приходом компьютеров стало возможным численно решить уравнения движения для систем из многих частиц и проследить процессы релаксации в деталях, подтвердив основной постулат статистической механики исходя из детерминистской динамики. Таким образом, можно заключить, что любая большая замкнутая система (полная энергия которой сохраняется) рано или поздно приходит к термодинамическому равновесию, после чего макроскопически ничего не происходит — все параметры системы, как температура, давление, и так далее, остаются постоянными.

Равновесное состояние большой изолированной системы есть так называемое состояние «тепловой смерти», конечный пункт эволюции в соответствии с законами физики. Например, планета с горами и долинами находится, строго говоря, в неравновесном состоянии, похожем на состояние газа со всеми молекулами в одной половине сосуда. Чтобы прийти к равновесию, планета должна выровнять свой рельеф, достигнув одинаковой высоты по всей поверхности. Это будет соответствовать максимуму энтропии. Концентрация энергоносителей в отдельных областях пространства (например, нефти в месторождениях) — тоже признак неравновесного состояния с немаксимальной энтропией. Достижение равновесия требует сжигания всех энергоносителей и равномерного распределения всего, что есть, в пространстве. В этом конечном состоянии энергия есть, и она та же самая, что и была в начале, но её уже нельзя использовать. Отсюда и понятие тепловой смерти.

До сих пор мы говорили об изолированных системах. Но планета Земля изолированной системой не является, получая энергию от солнца и излучая энергию в окружающее пространство. Если бы не солнечная энергия, вся вода в конце концов стекла бы в океан и оставалась там навечно. Не дул бы ветер. Но благодаря солнцу вода из океана испаряется и затем выпадает дождём и снегом. Из-за неравномерности нагревания земли солнцем возникают разности температуры, вызывающие ветер. Эти процессы уводят Землю от термодинамического равновесия, предотвращают её тепловую смерть. С другой стороны, планеты, далёкие от Солнца, получают очень мало солнечной энергии и должны быть очень близки к равновесному состоянию. В то же время, процессы естественного приближения к равновесию и ухода от него в результате внешнего воздействия сосуществуют, и наличие последнего не отменяет первого. Так что имеет смысл изучать релаксацию также и открытых систем, таких как Земля. В том же духе можно рассматривать поведение выделенной малой части изолированной системы, так называемую подсистему. Подсистема взаимодействует с остальной частью системы и таким образом является открытой системой, энергия которой не сохраняется.

Огромное значение в процессах релаксации сложных систем имеют энергетические барьеры, которые системе требуется преодолеть на пути к равновесию. Обычно барьеры существуют в подсистемах большой системы. Чтобы преодолеть барьер, подсистема должна получить требуемую энергию из окружения, что является так называемой флуктуацией. Если плотность энергии в полной системе низка, что соответствует её низкой температуре, вероятность требуемой флуктуации очень мала и среднее время её ожидания огромно. Если это время превосходит максимальное время ожидания (например, время жизни вселенной), можно сказать, что система никогда не придёт к равновесию. Например, кусок дерева мог бы сгореть, увеличив энтропию. Но на пути этого энергетический барьер. Если нагреть этот кусок, сообщив ему требуемую энергию, он загорится и превратится в золу, перейдя через барьер. Такое может произойти и само собой в результате флуктуации. Но вероятность этой флуктуации исчезающе мала, поэтому кусок дерева практически стабилен. Конечно, при наличие влажности наш кусок дерева может сгнить, перейдя барьер другим путём со сходным результатом. Но гниение требует гораздо более долгого времени, чем горение — оно менее эффективно в достижении конечной цели эволюции.

Существует и другая, альтернативная, но в сущности эквивалентная, точка зрения на переход системы через энергетический барьер, основанная на рассмотрение системы в целом — изолированной и сохраняющей свою энергию. Большая система всегда имеет достаточно энергии для преодоления практически любого барьера, то есть, в энергетическом плане она всегда над барьером. Но проблема в том, чтобы энергия, более-менее равномерно распределённая по большой системе, собралась в малой области, чтобы преодолеть барьер, расположенный там. Опять же, при малой плотности энергии, что соответствует низкой температуре, вероятность вышесказанного очень мала и время ожидания перехода через барьер велико. В рамках такого подхода переход через барьер описывается блужданием большой системы в многомерном пространстве своих микроскопических параметров — так называемом фазовом пространстве — по гиперповерхности постоянной энергии. Разные части фазового пространства, расположенные по разные стороны барьера, соединены очень узкими проходами, так что попасть в них в результате блужданий при низкой температуре очень трудно и требует очень долгого времени.

Наконец-то, после обстоятельного введения, мы подошли к парадоксу прогресса, роста сложности жизни, возникновению всё новых и новых структур, вместо ожидаемого стирания всех различий и разравнивания, ведущего к предсказываемой физикой тепловой смерти. Ведь увеличение структурности ведёт к понижению энтропии вместо её ожидаемого роста! На последний аргумент имеется простой ответ. Хоть локально энтропия может и уменьшаться (например, из-за постройки городов), энтропия всей системы в целом согласно физике может только увеличиваться (например, за счёт сжигания энергоносителей, необходимых для постройки городов). Можно также заметить, что земля — неизолированная система и получает энергию от солнца. Но солнечная энергия могла бы просто привести к повышению температуры и, следовательно, к повышению скорости перехода через энергетические барьеры на пути релаксации, ведущей к тепловой смерти. Почему же постоянное усложнение, почему прогресс? Действует ли здесь некая божественная сила? Может быть, пресловутые «демоны Максвелла»?

В наших обсуждениях с моим другом и коллегой профессором Евгением Михайловичем Чудновским (E. M. Chudnovsky), который первым из нас заговорил об этой проблеме, выкристаллизовался следующий принцип, объясняющий биологическую эволюцию и прогресс человечества. В отличие от физического закона, принцип не может быть выражен в виде формулы, но может быть сформулирован на уровне идеи. Хоть выводы и неутешительны, всё же не откажусь от искушения ознакомить с ними любознательного читателя. Биологическая эволюция и прогресс служат цели взвинчивания активности, ведущей к более быстрому преодолению энергетических барьеров на пути релаксации к конечному состоянию тепловой смерти. Механизм это всеобщий и действует на всех уровнях, начиная с физики неодушевлённого и кончая обществом.

Самый простой пример из физики, это, видимо, конвекция жидкостей, возникающая благодаря разности температур в вертикальном направлении в присутствии силы тяжести. Если неподвижную жидкость подогревать снизу, термическая энергия будет идти снизу вверх благодаря теплопроводности. Теплопроводность — один из процессов выравнивания, в котором энтропия возрастает. Но эффективность этого процесса низка, особенно для жидкостей, у которых коэффициент теплопроводности мал (особенно по сравнению с металлами). Если жидкость подогревать снизу сильнее, то в один прекрасный момент включается другой, гораздо более эффективный механизм теплопереноса — конвекция. Горячая жидкость внизу, расширяясь и приобретая более низкую плотность, всплывает, а холодная жидкость более высокой плотности наверху, наоборот, тонет. Это явление много раз наблюдала домохозяйка в кухонной кастрюле с кипящей водой. Здесь необходимость более высокого темпа теплопередачи и, следовательно, производства энтропии требует усложнения состояния системы — вместо неподвижной жидкости мы имеем жидкость, движущуюся где-то вверх, а где-то вниз. Более того, лабораторный эксперимент с использованием большей площади жидкости и равномерного нагрева снизу показывает возникновение правильной шестиугольной структуры — так называемых ячеек Бенара. Это один их простейших примеров возникновения структуры из бесструктурного состояния, приводящего к ускорению производства энтропии. Следует отметить, что при увеличении разности температур ячейки Бенара разрушаются и система переходит в турбулентное состояние, в котором скорость конвекции нерегулярно меняется в пространстве и зависит от времени. Усложнение состояние системы происходит во многих явлениях физики и химии: возникновение турбулентности, реакция Белоусова-Жаботинского, и т.д. Сюда же относятся механические и радиотехнические генераторы, например, часы-ходики. Во всех таких явлениях система находится в состоянии, далёком от равновесия.

Следует отметить, что упорядоченные неравновесные состояния локально удовлетворяют принципу минимального производства энтропии, как было показано нобелевским лауреатом Ильёй Пригожиным (Ilya Prigogine) в 1945-47 годах. Например, если деформировать ячейки Бенара, сделав их все разной величины, или заменить их на квадратные ячейки, скорость производства энтропии несколько увеличится. Однако на практике это не произойдёт в силу пригожинского принципа. В глобальном же плане работает принцип максимального производства энтропии — при достаточно большой вертикальной разности температур предпочтительно любое состояние с конвекцией, поскольку поток тепла и, следовательно, производство энтропии в этих состояниях выше, чем в состоянии неподвижной жидкости. Принцип максимального производства энтропии был предложен Циглером (H. Ziegler) в 1963 году, но он малоизвестен по сравнению с пригожинским принципом.

От вышесказанного лишь один шаг до распространения концепции максимального производства энтропии на все аспекты живой и неживой природы, включая общество. Предлагаемый общий принцип таков.

Большая система, первоначально находящаяся в сильно неравновесном состоянии, ищет способ максимально быстро перейти в равновесное состояние, характеризуемое максимальной энтропией. Из-за энергетических барьеров система вынуждена искать, в ходе случайного блуждания в своём фазовом пространстве, узкие проходы к состояниям с большей энтропией. Типичные переходные состояния обладают большей степенью сложности, чем исходные и конечные состояния. Всё в целом можно назвать принципом максимизации скорости производства энтропии за счёт возрастания сложности состояния.

Из сформулированного выше принципа следует необходимость зарождения жизни, сопровождаемое возникновением и развитием цивилизации.

В качестве примера рассмотрим процесс разравнивания ландшафта. Процесс этот идёт естественным путём эрозии. Горы старятся за счёт окисления воздухом, крошатся, разваливаются. Почва размывается реками и сносится в море. Но процесс этот очень длительный. Индустриальная деятельность человека ускоряет этот процесс по многим направлениям. Горы прорубаются дорогами, море засыпается для создания искусственных островов, кислотные дожди ускоряют эрозию стократ. Вырубка лесов и распахивание полей ускоряют снос почвы в море.

Полезные ископаемые хорошо скрыты в недрах земли и могли бы находиться там практически вечно. Но приходит человек и начинает их разрабатывать, ускоряя производство энтропии. В каких-то отдельно взятых процессах энтропия даже уменьшается: выплавка металла из руды (в сущности, любые процессы химического восстановления), постройка городов. Но в целом по Земле энтропия растёт за счёт сжигания энергоносителей, необходимого для роста цивилизации. Цивилизация перерабатывает более упорядоченные, низкоэнтропийные продукты в мусор, обладающий более высокой энтропией. Сама же она, как паразит на теле Земли, увеличивает свою сложность, чтобы делать это всё быстрее и быстрее. В этом и смысл прогресса — как можно скорее сжечь всё дотла и достичь тепловой смерти.

Естественно спросить, каким же образом Земля пришла в исходное сильно неравновесное состояние — настолько неравновесное, что зародилась жизнь и начался прогресс? Представляется очевидным, что Земля была приведена в исходное неравновесное состояние за счёт получаемой ей солнечной энергии. Её энтропия была уменьшена, что не противоречит закону возрастания энтропии, поскольку Земля не изолирована, а является частью солнечной системы. Не вдаваясь в неясные детали, можно сказать, что часть энергии солнца была закачана в уголь и нефть. Но этот процесс потребовал миллионы лет. Прогресс позволит системе найти узкий и извилистый путь в фазовом пространстве и срелаксировать почти к равновесию за гораздо более короткое время. Почти — потому что солнечная энергия всё ещё будет поступать и немного отклонять Землю от равновесного состояния. Но лишь немного и абсолютно недостаточно для жизни.

Переходя к обществу, следует рассмотреть вопросы равенства и неравенства, а также государственности. Объединение людей в государство делает их (или государство) сильнее, как тонкие прутики, собранные в пучок. Или как когерентные фотоны, собранные в мощную электромагнитную волну в лазере. Когерентные как раз и значит двигающиеся все вместе, в одной фазе, как прутики в пучке, перешибающем палку. Если люди, каждый поодиночке, не намного превосходят животных, то, объединяясь в государства или, по крайней мере, в общины, они становятся гораздо сильнее. Все вместе, действуя когерентно, они способны на амбициозные проекты по покорению природы, обузданию скрытой энергии и, в конечном счёте, более быстрому увеличению энтропии на пути к конечной цели. Поэтому государственность имеет первостепенное значение в картине мира, основанной на принципах физики.

Теперь по поводу равенства и неравенства. Хотя любое смешивание и уравнивание ведёт к повышению энтропии, что, казалось бы, ведёт туда, куда надо, вывод о предпочтительности движения к социальному равенству, к ликвидированию государственных границ и смешиванию народов путём перекрёстных браков в единый народ «земляне» с общей культурой был бы поспешен. Таким образом можно достичь лишь локального, но не абсолютного максимума энтропии. Такое развитие сгладит конфликты, которые всегда служат двигателями прогресса, люди разленятся и потеряют свою форму, и производство энтропии замедлится. Поэтому природа (или физика) предусмотрела сценарий разделения людей буквально по всем параметрам: на умных и глупых, красивых и уродливых, бедных и богатых, белых и чёрных, и так далее. Природой созданы разные религии и идеологии, разные языки — всё для нагнетания напряжённости в человечестве. Для того, чтобы прогресс народов шёл наперегонки со скоростью экспресса, у которого отказали тормоза. Экспресса, несущегося к известной нам конечной цели.

В настоящий момент остро стоит проблема грозящего Великого Переселения народов из Африки и Ближнего востока, где люди активно размножаются в отсутствие ограничения рождаемости, в Европу, размягчённую гуманистическими идеями и малоспособную защитить свои границы. Процесс этот напоминает диффузию в отсутствие «демонов Максвелла» на границе, которые бы проверяли визы и отражали чужеродные частицы. Начиная, как правило, с общих положений гуманизма, сторонники свободной миграции настаивают на рассмотрении мигрантов как беженцев и безусловном открытии им границ. В ходе дальнейших дискуссий обычно происходит переход от гуманистических аргументов к аргументам целесообразности. Утверждается, что слияние рас и народов в одно государство и один народ — естественный и неотвратимый процесс, приводящий к укреплению человеческого рода и «большей биологической эффективности». Какого рода эта «биологическая эффективность» и чему она служит, никто объяснить не может.

В силу принципа наискорейшего производства энтропии, теоретический сценарий всеобщего слияния далеко не самый эффективный. На практике, и неспроста, преобладает мультикультурализм и этническое размежевание. На уровне государств, тенденция к объединению сменяется тенденцией к обособлению, к поддержанию национальной идентичности, к защите государственных границ. Поток мигрантов будет остановлен, напряжение в мире будет нарастать, сопровождаясь войнами, ускоряющимся опустошением ресурсов планеты и, как следствие, ростом энтропии. Это и есть эффективность на указанном выше пути эволюции.

Сможет ли разумное усилие человечества (по прочтении этой статьи!) предотвратить быстрое израсходование ресурсов Земли путём перехода на режим экономии, остаётся неясным. Если исходить только из принципа наискорейшего производства энтропии, то для режима экономии нет причин. Но если в физику вмешается психический фактор, связанный с малоизученным точными науками самосознанием, что здесь более уместно назвать рефлексией, то, может быть, конец будет значительно отсрочен. Как человек, пытающийся продлить жизнь, переходит на вегетарианство, так и человечество может решить запретить электричество и перейти на конскую тягу (как народец Amish в Пенсильвании). Средняя продолжительность жизни при этом может опять сильно снизиться, но продолжительность жизни человечества может значительно вырасти. Всё же представляется, что принцип максимизации скорости производства энтропии обмануть нельзя. Нарастание неравенства и обострение противоречий, следующее из этого принципа, как раз и не даст людям договориться о самоограничении. Безумие, нарастающее в мире после десятилетий относительного послевоенного спокойствия, указывает на это.

КАРТИНА МАКРО

Смысл жизни в продолжении того,
в чём заведомо нет смысла, что не может
нам сиять как цель, и в чём сомненье гложет,
чей конец чернеет гробово.

Всё же в поколениях членисто
проступает механизм прогресса,
и цивилизации отвесы
прут из моря энтропии мглистой.

Сложность восстаёт на ровном месте
результатом энергопотоков,
что стремятся книзу от истоков
перед достиженьем равновесья.

В качестве дальнейшего чтения можно предложить статью Л. Мартюшева[1].

Автор выражает благодарность Е. М. Чудновскому и А. А. Локшину за полезные обсуждения.

___

[1] Leonid M. Martyushev, Entropy and Entropy Production: Old Misconceptions and New Breakthroughs, Entropy 2013, 15, 1152-1170.

Print Friendly, PDF & Email

48 комментариев к «Дмитрий Гаранин: Закон возрастания энтропии и прогресс»

  1. Вот одна из статей по теме возрастания энтропии и прогресса. Автор задаётся вопросом о том, может ли сознательное усилие человечества затормозить возрастание энтропии и тем самым отсрочить свою гибель. Мне кажется, что автор не физик и не понимает, что такое энтропия.

    https://public.wikireading.ru/31999

  2. В ряде комментариев были высказаны мысли о роли божественной силы в проблематике сотворения мира, Биг-бэнга и роста энтропии. В дополнение к стихотворению о росте энтропии и прогрессе, приведённому в конце статьи, привожу ещё одно, недавнее, стихотворение, в котором затрагивается вопрос о сотворении мира из слова (идеализм?), а также о последующем обращении времени в режиме одного завершённого колебания.

    ПОСЛЕСЛОВИЕ

    По преданью от слова
    Занялся белый свет
    Средь бесформья немого
    Языковый скелет
    Обрастал матерьяльным
    Только лишь назови
    Древесиной и сталью
    Лейкоцитом в крови

    Но достигнув расцвета
    Начал стариться мир
    В затихающем ветре
    Редкий воздух ловил
    И на атомы скуден
    Снова пуст окоём
    Больше света не будет
    Будет слово о нём

    Coma-Ruga, 4 July 2017

  3. Эволюция (вообще-то – любая) есть процесс накопления информации. Таково, видимо, фундаментальное свойство «живой материи». Как притягивание – магнитов, как всасывание влаги сухой губкой… Вот на этом пути можно хоть как-то разрешить сомнения самого Дарвина: «Естественный отбор, или переживание наиболее приспособленного, НЕ предполагает необходимого прогрессивного развития» — т.е. усложнения и восхождения по ступеням эволюции… (М.Тартаковский. «Человек – венец эволюции?». М. «Знание», 1990 г.; тираж 2 млн. 450 тыс. экз.)

  4. 1. Меня, знакомого лишь с основными понятиями теории систем и законов термодинамики (и то совсем поверхностно), давно интересовала проблема происхождения жизни и эволюции организмов как, на первый взгляд, процессов, противоречащих второму закону ТД.
    Это предисловие, чтобы все поняли, с кем имеют дело.
    Данный мой мессадж можно рассматривать как дополнение к статье Дмитрия.

    Так вот, если почитать первый «абзац» первой книги Пятикнижия, можно увидеть, что Сотворение Мира осуществлялось путем пошагового разделения некой целости на части, то есть, перехода от меньшей сложности к большей. В конечном итоге, вместо первичного состояния тоhу ва воhу (максимальная неразличимость всех потенциальных состояний, полное бесформие) получилась упорядоченная сверхсложная динамическая система. Все вышглядит так, что в основе Вселенной находится антиэнтропийное начало –Творец.
    Отсюда, в частности, приобретает новый смысл известное положение наших древних мудрецов – о том, что дело Сотворения (маасе брейшис) производится Творцом непрерывно, каждый час и каждый миг.

    И отсюда, можно, если не лень, еще раз погадать: кем (или Кем) могли быть написаны (продиктованы) эти строки?
    И еще: не содержит ли сказанное потенциал для примирения науки с религией?

    2. Позволю себе заметить, что несколько фраз в статье содержат элементы, по-видимому, непроизвольной телеологии, как такая: «Биологическая эволюция и прогресс служат цели взвинчивания активности, ведущей к…» и т.д.
    Это несколько странно для обычной научной статьи, так как общим местом в науке является положение «природа не имеет цели».
    Но это приемлемо в контексте союза науки и религии, если понятие «природа» заменить другим, более адекватным.

    1. Евгений Майбурд:

      1. ..если почитать первый «абзац» первой книги Пятикнижия, можно увидеть, что Сотворение Мира осуществлялось путем пошагового разделения некой целости на части, то есть, перехода от меньшей сложности к большей. В конечном итоге, вместо первичного состояния тоhу ва воhу (максимальная неразличимость всех потенциальных состояний, полное бесформие) получилась упорядоченная сверхсложная динамическая система. Все вышглядит так, что в основе Вселенной находится антиэнтропийное начало –Творец.
      Отсюда, в частности, приобретает новый смысл известное положение наших древних мудрецов – о том, что дело Сотворения (маасе брейшис) производится Творцом непрерывно, каждый час и каждый миг.

      — Евгений, предложенное «антиэнтропийное начало» — не что иное как гипотетический «демон Максвелла». При существовании последнего физика, разумеется, не работала бы, и энтропия не возрастала бы с необходимостью.

      Думаю, что к космологии мои рассуждения неприменимы. Тут полезно было бы почитать главы из книги Бориса Штерна, публикуемые в 7 искусствах. Но ясно, что если бы мир как целое и стремился к равновесию, как термодинамическая система, то характерное время релаксации, в силу слабого взаимодействия и огромных размеров, было бы астрономически велико, по-видимому, гораздо больше времени жизни Вселенной. Поэтому Вселенная как целая к равновесию не придёт.

      2. Позволю себе заметить, что несколько фраз в статье содержат элементы, по-видимому, непроизвольной телеологии, как такая: «Биологическая эволюция и прогресс служат цели взвинчивания активности, ведущей к…» и т.д.

      — Да, это язык популярный, не строго научный. Всё-таки, здесь не профессиональный журнал, где для публикации потребовались бы доказательства. Например, я ещё пишу, что «система ищет кратчайший путь..» — тоже телеология.

  5. «За неимением гербовой пишут на простой», за неимением туалетной бумаги, пользуются газетной… Уже много лет (см. Форумы — старый и действующий) за неимением хотя бы единственного аргумента мелко троллят, бездарно изгаляются, просто врут: “см. М. Тартаковский. «Как я осадил Эйнштейна»”…
    Реагировать — зачем? Читатель получает наводку, читает — обеспечивается успешный пиар, о чём можно судить по количеству входов (десятки тысяч) только на этом портале. Без какого-либо усилия и трат получаю почти ежедневную рекламу.

    1. Извините за оффтопик, но как пройти мимо такого отзыва-шедевра:

      “…см. М. Тартаковский. «Как я осадил Эйнштейна»…”

      Как-то раз мудрецу из Бердичева
      Взвесить аккумулятор приспичело.
      Таким способом он
      Измерять электрон
      Собирался, мудрец из Бердичева.

      Уличён был им глупый Эйнштейн —
      Осадил его гений. Умейн!
      Крикнул в бешенстве «Вау!»
      Туповатый Ландау.
      Лившиц хлещет с досады портвейн.

      Знаменитый мудрец из Бердичева
      Знал, что все — недоумки, опричь его.
      Всех учил… их так много…
      Ох и трудно быть богом!
      Но был твёрд Прометей из Бердичева.

      — Из какого сора растут замечательные стихи!

  6. Я думаю, что в этой работе Дмитрий подобрался с довольно неожиданной стороны к вопросу о том, способно ли сознание нарушить законы природы и, тем самым, является ли оно частью физического мира. На мой взгляд, статья блестящая.

    1. ALokshin17 июля 2017 at 16:33
      Я думаю, что в этой работе Дмитрий подобрался с довольно неожиданной стороны к вопросу о том, способно ли сознание нарушить законы природы и, тем самым, является ли оно частью физического мира. На мой взгляд, статья блестящая.

      — Спасибо! Да, похоже, что я, действительно, вплотную подобрался, но детальное рассмотрение этой сложной проблемы находится за рамками статьи. Пока моё представление такое, что, чтобы не нарушать законы природы, и в частности закон возрастания энтропии, у людей отнята возможность друг с другом договориться, чтобы не воздействовать на природу когерентно. Как сказал шутник, сколько евреев, столько и мнений.

      При Обаме в Америке было введено много государственных правил, защищающих окружающую среду при строительстве (или даже от строительства) объектов. Получение разрешения на строительство, скажем, местной дороги, могло длиться лет 10 и стоить в два раза больше из-за оплаты труда экспертных комиссий. Обамовские защитные меры замедляли темп производства энтропии, что противно законам природы. Но вот поруган старый президент, пришёл новый прездент Трамп, и отменил Обамовские меры. Теперь энтропия может расти, как её душе угодно.

  7. Dmitry Garanin
    23 февраля 2017 at 19:05
    «Что касается культуры, то я здесь рассматриваю её частью природы. Если её начать рассматривать отдельно, как дополнительную силу, то это разобьёт всё концепцию» === Да, концепцию, конечно, жалко. Но приведенной фразой Вы её сами и разбили.

    1. Виктор Каган:

      Dmitry Garanin
      23 февраля 2017 at 19:05
      «Что касается культуры, то я здесь рассматриваю её частью природы. Если её начать рассматривать отдельно, как дополнительную силу, то это разобьёт всё концепцию»

      === Да, концепцию, конечно, жалко. Но приведенной фразой Вы её сами и разбили.

      — Реакция человечества на угрожающие процессы в природе, то есть, рефлексия, и её влияние на природу, является открытой проблемой, которая в данном эссе не рассматривается. О важности этого писал в своём комментарии А. Локшин. Может быть, данный механизм блокируется невозможностью людей прийти к согласию. Недаром бог разрушил вавилонскую башню — хотел, чтобы энтропия возрастала быстрее и до конца.

  8. Дмитрий, на тему того, что релятивистское , а что нерелятивистское следует высказываться очень осторожно, есть мнение, что и сама сила тяжести энтропийного
    происхождения:
    Verlinde, E. On the origin of gravity and the laws of Newton. J. High. Energy Phys. 2011, 4, 1–27
    Bormashenko Ed. Entropy Harvesting, Entropy 2013, 15(6), 2210-2217; doi:10.3390/e15062210

  9. Даже в физической химии ситуация гораздо сложнее, чем в предложенных рассуждениях. Например, есть смешивающиеся жидкости, а есть несмешивающиеся. Хотя, на первый взгляд, казалось бы, из Второго начала термодинамики должно следовать, что все жидкости должны самопроизвольно пееремешиваться. Ведь энтропия от этого увеличивается! На деле, помимо энтропии смешивания существует множество других факторов. Тем более в обществе ситуация гораздо сложнее, чем у молекул идеального газа.

    И еще «Природой созданы разные религии и идеологии, разные языки — всё для нагнетания напряжённости в человечестве.» Все же не «природой», а «культурой». Аристотелево разделение на природу и культуру — очень простое: природа это то, что существует помимо человека, а культура это то, что создано людьми.

    1. Что касается культуры, то я здесь рассматриваю её частью природы. Если её начать рассматривать отдельно, как дополнительную силу, то это разобьёт всё концепцию. Впрочем, в самом конце я немного пишу о рефлексии.

    2. Да, у несмешивающихся жидкостей огромная энергия отталкивания молекул разных типов. Поэтому энтропийный аргумент не может доказать, что они будут смешиваться.

      1. Обычно считают, что между гидрофобными (не смешивающимися) молекулами (например, углеводородами) в воде действует сила притяжания, т.н. гидрофобная сила, которая держит их вместе. Природа этой силы, в общем-то, тоже энтропйная, поскольку считается, что вокруг каждой отдельной независимых молекулы должна образоваться сеть из упорядоченных молекул воды — так называемая clathrate cage. Что требует понижения энтропии. Поэтому энтропийно выгоднее, чтобы все молекулы углеводорода в воде собирались вместе, а не держались по отдельности. Поэтому энтропйно выгоднее не растворяться. Так что учесть одну лишь энтропию смешивания (the entropy of miхing) недостаточно даже для простой системы, такой как смесь гексана и воды: полная энтропия будет включать нетривиальные и трудно поддающиеся учету слагаемые.
        Про энтропийные гидрофобные силы притяжания и clathrate cage можно прочитать, например, здесь:
        https://chem.libretexts.org/Core/Physical_and_Theoretical_Chemistry/Physical_Properties_of_Matter/Atomic_and_Molecular_Properties/Intermolecular_Forces/Hydrophobic_Interactions Я в своем профессиональниом блоге тоже недавно писал на близкую тему с похожими картинками: http://people.uwm.edu/nosonovs/2017/02/16/why-entripic-forces-in-a-polymer-molecule-may-be-similar-to-those-in-a-snow-crystal-and-how-to-use-it-for-icephobic-surfaces/

  10. Если E = MC², то очевидно, что М = Е/C² — энергия, в которую в недрах звёзд преобразуется масса, способна опять обернуться частицами материи…
    Одно это опровергает неуклонность процесса.
    Баланс между сменяемостью материи энергией и наоборот постоянно колеблется. В этом вечность Мироздания.
    При однонаправленности энтропии не возникла бы не только жизнь, но и сама наша нынешняя Вселенная.
    Cм: М. Тартаковский. «Циклы МИРОЗДАНИЯ».

    1. Если E = MC², то очевидно, что М = Е/C²
      ==
      Вот все-таки великое несчастье, что автора данного рассуждения(см.выше) так и не научили, как извлекать квадратный корень. А то мы узнали бы столько интересного про скорость света … 🙂

    2. Физика Земли — наука нерелятивистская. Также релаксация и возникновение порядка из беспорядка — явления нерелятивистские. Так что Е = мц^2 тут ни причём.

  11. РЕКОМЕНДУЮ почитать по теме
    Вильсон А.Дж. Энтропийные методы моделирования сложных систем

    М.: Наука, 1978. — 248 с

    Книга посвящена применению методов статистической физики для моделирования процессов в сложных системах, какими являются экономические, социальные, городские, организационные системы и т. п. Излагается общая теория энтропийных моделей, описывающих наиболее вероятное макросостояние сложной многоэлементной системы, в которой взаимодействия на микроуровне характеризуются статистикой Больцмана. Эти общие результаты используются для моделирования потоков в стохастических коммуникационных системах, многопродуктовых экономических системах, для построения моделей размещения с учетом предпочтения элементов.

    1. Спасибо! Слышал о таком! Банки, биржа — колоссальные работодатели для физиков, желающих больше заработать.

  12. Вы пишете:
    «В наших обсуждениях с моим другом и коллегой профессором Евгением Михайловичем Чудновским (E. M. Chudnovsky), который первым из нас заговорил об этой проблеме, выкристаллизовался следующий принцип, объясняющий биологическую эволюцию и прогресс человечества. В отличие от физического закона, принцип не может быть выражен в виде формулы, но может быть сформулирован на уровне идеи».
    На этим абзацем стоит поразмышлять поподробнее. Вам не случайно удается сформулировать эти рассуждения в языковом пласте мышления, и не удается их формализовать. Язык в силу принципиальной неоднозначности своих кирпичиков-слов более пригоден для размышлений о человеческом обществе, нежели куда более однозначный (и все же не однозначный вполне, но это совсем другая история) язык математики. Имеенно поэтому по ловкому выражению Хайдеггера тысячелетиями язык был «домом бытия». И покуда им остается.

  13. Описывать социум в терминах термодинамики мы пробовали с Александром Владимировичем Воронелем. Не очень складно получалось, но у Воронеля были поразительно продуктивные идеи связанные с:
    1. Очевидной близостью революций к фазовым переходам.
    2. Полезностью введения «отрицательных абсолютных температур» в метастабильных состояниях социума. Но принципиальные трудности отстаются. И главная, разумеется, состоит в том, что в неравновесных системах, не только энтропию но и температуру невозможно строго определить, в этой связи Вам возможно будет забавна работа: Bormashenko et al. The Carnot engine based on the small thermodynamic system: Its efficiency and the ergodic hypothesis, American Journal of Physics 75, 911 (2007); doi: http://dx.doi.org/10.1119/1.2757626
    Оказывается, что у малой машины Карно, при определенных условиях, к.п.д
    задается теоремой Карно, нк а отсюда, до второго закона термодинамики и стрелы времени рукой подать. Правда, развить успех мне не удалось, переключился на другие задачки (возможно и напрасно).

  14. 1. Уважаемый Дмитрий, в связи с Вашими размышлениями, Вам может быть интересна следующая работа:
    Entropy, Information and Complexity or Which Aims the Arrow of Time?
    George E. Mikhailovsky and Alexander P. Levich
    Entropy 2015, 17(7), 4863-4890; doi:10.3390/e17074863
    в которой, по сути, предполагается, что Вселенная эволюционирует в сторону возрастания сложности.
    2. В связи с этими очень симпатичными рассуждениями замечу, что немалые сложности возникают при попытке количественно охарактеризовать «сложность» (простите великодушно за каламбур дурного тона).
    Мы имеем на сегодня несколько продуктивных , но плохо между собою согласующихся количественных мер сложности, включая колмогоровскую, статистическую, термодинамическую и пр. сложности, см:
    Gell-Mann, M.; Lloyd, S. Information measures, effective complexity, and total information, Complexity, 1996, 2 (1), 44-52.
    Kolmogorov, A. N. Three approaches to the quantitative definition of information, Probl. Peredachi Informatsii, 1965, l, 3-11.
    3ю Lòpez-Ruiz, R.; Mancini, H. L.; Calbet, X. A Statistical measure of complexity, Phys. Lett. A 1995, 209, 321-326.
    Последняя статья просто блестящая и очень продуктивная.
    Мне, грешным делам, казалось, что сложность физической модели (заметьте, физической модели, а не физической системы) можно ввести через Buckingham theorem.
    Но все это пока в пленках, хотя рассуждать на эту тему по-моему полезно.

    1. Спасибо, я посмотрю! Не могли бы Вы скопировать сюда Ваши остальные сообщения? Там было про машину Карно.

  15. «В качестве примера рассмотрим процесс разравнивания ландшафта. Процесс этот идёт естественным путём эрозии»
    ——————————
    Понятно, что Эрозия «выравнивает» ландшафт — хотя нередко производит и обратное действие, например, создаёт овраги. Но вот, может ли она ВЫГЛАЖИВАТЬ ландшафт ? А ведь многие склоны к речкам, рекам и ручьям почти идеально покаты. Струйчатая же эрозия на равнинных пространствах такой покатости не создаёт.
    Я бы предложил вариант по Кювье, который стоял за развитие Земли от катастрофы до катастрофы. Почему отбрасывать гипотезу о Гигантском Цунами, вызванном ударом астероида ? Такое цунами должно было расколоть арктические льды, и бросить их на континент(ы). Льдины таранили горы, разрушая их, но также вспахивали мягкие грунты, прокладывая русла для буд. водных потоков. Возможно, водно-ледяные потоки, идущие с моря, то есть устремлявшиеся СНИЗУ-ВВЕРХ , способствовали выглаживанию местности, которое мы и наблюдаем на покатых склонах. Возможно, на эту покатость повлияли ОБРАТНЫЕ движения воды и льда, когда их переставали подпирать водно-ледяные массы, поднимавшиеся из моря.
    И как это проверить ?
    lbsheynni@mail.ru

  16. Обращаю внимание на мою стаью 1968-2010:
    http://7iskusstv.com/2010/Nomer10/ERabinovich1.php

    Второй закон термодинамики и человечество

    «Автор рассматривает один из основных законов природы – второй закон термодинамики – и отвергает идею, что существование органической жизни и человечества противоречит этому закону.

    К читателю 2010 года. В августе 2010 г. в нашей Гостевой возникла дискуссия о том, противоречит ли теория эволюции второму закону термодинамики. После некоторых колебаний я решил обратить внимание нашего Редактора на мою статью-рецензию на эту тему, напечатанную 42 года назад в «Новом мире», и спросил его, не думает ли он, что перепечатка статьи была бы актуальна. Евгений Михайлович согласился».

    Закон полностью относится к живой жизни — достаточно было поместить Аиду и Родомеса в изолированную систему, как они умерли. Но мы живем в глубоко неизолированной системе, и пока Солнце не погасло — точно не в период существования Гостевой, — мы имеем более актуальные проблемы. Тем не менее, даже неизолированная система, в которую, в основном, вливаются, а из нее не выходят, как в странах Западной цивилизации, начинат повышать энтропию и может погибнуть. Но ситуацию легче рассматривать в социально-культурогическом, нежели термодинамическом плане.

    1. Спасибо, Элиезер! Прочёл Вашу статью — всё правильно, со всем согласен. Публикация в 7-искусствах — солидное подтверждение её высокого качества!

      1. Спасибо, Элиэзер! Прочёл Вашу статью — всё правильно, со всем согласен. Публикация в 7-искусствах — солидное подтверждение её высокого качества!

        Спасибо, Дмитрий. А в «Новом мире» Твардовского в 1968?

        1. Да, конечно, «Новый Мир» — это уже звёздный уровень! Я просто стал говорить о «7 искусствах» из личной перспективы — надеялся, что данный материал попадёт в тот замечательный, массово читаемый и уважаемый журнал, фокус всего портала. По-видимому, материал оказался недостаточно хорош. Но ничего, Мастерская — тоже хорошая штука, её ведь читают и те, кто в 7 искусствах пишут, и многие другие.

  17. Из моего предыдущего и совсем не бедного опыта в этом вопросе:
    если два еврея (иудаист и атеист, оба не фанатики, оба с хорошим образованием и хорошо развитым логическим мышлением) будут долго, последовательно и искренне обсуждать этот вопрос, то в конце концов они обязательно придут к следующему:

    1) еврей-атеист: я хочу делать то, что я хочу — в рамках законов природы и законов государства.
    Поэтому я предполагаю (или просто верю в это), что с точки зрения современного человека Б-г монотеизма не существует — и поэтому в ситуации «стакан, наполненный наполовину» я буду вынужден плакать о пустой половине (или о том, что «смысл жизни в продолжении того, в чём заведомо нет смысла», «жалком существование человечества в бесконечно равнодушной к нему вселенной» и т.д.).

    2) еврей-иудаист: я хочу извлечь максимум пользы из НАПОЛНЕННОЙ половины «стакана».
    Поэтому я серьёзно предполагаю, что Б-г монотеизма существует (или я просто верю в это, или я ищу ответ на этот вопрос методами иудаизма).

      1. Нет, он, конечно, хотел сказать «в присутствие», а не «в присутствии». Иначе меняется смысл.

      2. Dmitry Garanin : Бенни, Второй Закон термодиманики в присутствии Бога — это уже высшая математика!
        ————-
        Дмитрий, Вы ведь рассуждали о ЧЕЛОВЕЧЕСКОМ ОБЩЕСТВЕ на основе мировоззрения Второго Закона термодинамики.

        Образованные и думающие люди старше 40-ка лет в таком обществе ОЧЕНЬ БЫСТРО будут ЗНАТЬ, что в существовании всего человечества нет и не может быть смысла, но их потребности (пирамида Маслоу) никуда не исчезнут. В таком обществе будет много склонных к депрессии пилотов пассажирских самолётов, много генералов типа «после меня хоть потоп» и много политиков, которые считают порядочность примитивным инстинктом, а чувство долга — суеверием.
        Не надо никакой высшей математики чтобы понять, что политическое равновесие такого общества требует массовых Обмана, Невежества, Страха и Рабства.

        О вере не спорят.
        Удачи Вам в Вашей вере, что «на мой век хватит».

        1. Бенни, я считаю, что это так и есть, как Вы описываете! В обществе доминирует прагматизм, стремление урвать. Идеалистов не так много. Но я и не связываю идеализм и альтруизм с религией. Это могут быть независимые инстинкты.

          1. Dmitry Garanin: я и не связываю идеализм и альтруизм с религией. Это могут быть независимые инстинкты.
            ——
            На уровне индивидуума их связывать нельзя, но на уровне «постмодерновского общества без идеологии» они ДА связанны.
            Также, без всякой связи с религией: «идеализм и альтруизм» могут быть инстинктами, а могут — убеждениями. Это очень разные вещи.
            Ещё раз: удачи Вам и всем нам.

      1. Я тут ещё не совсем ориентируюсь, поэтому в Гостевой Ваши записи никогда бы не нашёл. Почему Вы не пишете здесь? Каково преимущество Гостевой? Там же всё будет погребено под новыми записями, и это уже никогда нельзя будет найти!

        Что мне надо делать: Копировать эти тексты на компьютер?

  18. Дмитрий! Мне кажется, что распространять законы неживой природы на живые организмы не совсем правильно. У организмов есть механизмы самосохранения путем саморегуляции (принцип обратной связи). Разумеется, предотвратить энтропию или смерть живого они не могут, но если рассматривать жизненные процессы не на индивидуальном, а на системном уровне, то они могут существенно продлить свое существование. Это время возможно сопоставимо со скоростью геологических процессов, т. е. постпенным разрушением гор, затоплением суши и т. п., о чем Вы писали. Конечно, если не ускорять их вырубкой лесов, уничтожением животных, неумеренной эксплуатацией недр и т.д. Такая замедленная динамика энтропии живого лично меня бы устроила:).

    1. Михаил, как раз об этом, о рефлексии, я и пишу в самом конце. Если человечество прочтёт мою статью и перейдёт на режим экономии, оно может надолго продлить своё существование.

  19. Подлинно, знания умножают скорбь. Конечно, любопытно было бы узнать, нет ли где еще в нашей Вселенной другого Солнышка, которому удалось на краткий миг, ну скажем на пару-тройку миллиардов лет воспрепятствовать торжеству Ея Величества Энтропии на какой-либо из своих отдаленных планеток. Неплохо было бы узнать и как обстоят дела в других Вселенных и действуют ли там наши физические законы, а главное «Just six numbers» великого астронома английской королевы Мартина Риса, обеспечившие антропный характер нашей Вселенной. Но даже если все обстоит в наилучшем виде и разумная жизнь в человеческом или нечеловеческом виде где-то существует, то сдается, что вряд ли «земляне» с ней пересекутся.
    Возможно «земляне» и впрямь возникнут на планете Земля, если запастись оптимизмом Льва Мадорского. Но пока существуют, как справедливо замечает автор, государства и живущие в них народы. Мне представляется, что культуры этих народов следует беречь и защищать от вируса мультикультурности. Хотелось бы оградить их и от микроорганизмов ненависти к другим культурам и от самоненависти. Много чего хотелось бы. К примеру, если перефразировать вопрос басмача Абдуллы к красноармейцу Сухову примерно вот так: «Ты как, Сухов, сразу хочешь торжества энтропии или желаешь еще помучиться?», то я бы лично ответил в том смысле, что желательно еще помучиться. А вот уповать ли при этом еще на дальнейшую эволюцию человечества или немедленно начать откат к конской тяге, как упомянутый автором народец Amish – это, конечно, вопрос интересный.

    1. Юрий, я думаю, что слияние всех в одну расу, по Мадорскому и другим, установление идеального социального порядка, «Рая на Земле», приведёт к локальному увеличению энтропии, но ненамного, и дальнейшее производство энтропии замедлится. Жизнь Земли увеличится на время существования этой утопии, которую тоже уместно сравнить с тепловой смертью. Ведь людям не надо будет ни к чему стремиться, они ожиреют и одуреют в этом раю. Но природа создала механизмы в человеке, которые препятствуют этому, например, низменные инстинкты, амбициозность. Интересно, что бы было, если бы победил радикальный ислам? Смогли бы они держать всех в узде, по закону Аллаха, наперекор закону энтропии?

  20. Опубликованный текст повторять незачем – однако, мне кажется, это одно из наглядных подтверждений сказанного автором:
    «СТО ЛЕТ НАЗАД при раскопках у слияния Евфрата и Тигра (библейский Шинеар) британский археолог Леонард Вулли наткнулся, как и многие до него…»
    http://berkovich-zametki.com/Forum2/viewtopic.php?f=25&t=2029

  21. Статья- любопытный взгляд Дмитрия в атеистическом ключе ( перенесение физических законов на общественно-социальные) на главную проблему: выживет человечество или самоуничтожится. Сможет ли объединиться, в конечном итоге, в землян или это сплошная утопия. Я склоняюсь к позитивной альтернативе. так как у неё есть могущественный союзник-Творец. Дмитрий сомневается и имеет на такой взгляд все основания. Всё-таки физические и общественные законы это не совсем одно и то же. Чтобы дать ответ быть оптимистом мало. Надо ещё быть провидцем.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Арифметическая Капча - решите задачу *