https://dzen.ru/a/YeZlTGwjvxxV4dmO
Самое неточное понятие в физике
4,8K прочтений
18 января 2022
Термин
энтропия встречается в физической теории довольно часто. Он участвует в описании множества законов и явлений.
Энтропия
Хотелось бы сказать, что "
а давайте в простой форме распишем, что же такое энтропия", но спешу обозначить важный момент - мы имеем дело с одним из самых сложных понятий современной физики. Даже ученые до конца не понимают, что же такое энтропия и почему она так себя ведёт.
Что такое энтропия
Начнем с самого определения. Оно очень простое.
Энтропия - это мера неупорядоченности рассматриваемой системы.
Вот только за простым определением скрывается ряд сложностей. Согласитесь, "мера неупорядоченности" - очень размытое понятие. Неупорядоченности структуры вещества? Его состояния? Его состава? Или неупорядоченности чего?
Правильнее говорить, что это
степень нашего не знания или количество неизвестной о системе информации.
Поэтому, термин энтропия используют
в физике и естественных науках гораздо в более широком смысле.
На практике уместно мерой энтропии называть количество неизвестных.
Получается, что это не свойство самой системы, а характеристика нашего метода описания или исследования системы.
Энтропия газа больше, чем у твердого тела
Если структура металла - это свойство самого металла, то повышение энтропии газа хоть и может быть физически отнесено к самому газу (да, мера беспорядка в нем и правда всегда растёт), но чаще в широком смысле понимается как "
мы нифига про этот газ до конца не знаем".
Пример применения понятия энтропия на акциях и морковке
Простой пример энтропии.
Мы знаем, что где-то в гипермаркете лежит морковь. Энтропия такой системы крайне высокая. Ведь зал там большой и морковь лежит не ясно где. Её могли переложить и т.п. Ещё и условия могут меняться. Теперь повторим пример и скажем, что в специализированном магазине моркови продаётся морковь. Энтропия понизилась. Ведь в магазине моркови продаётся только морковь и мы гарантированно сразу её найдем, если посетим такой магазин. Энтропия равна нулю. Ну а чтобы энтропия в этом примере возросла, нам нужно в такой магазин моркови поставить на витрину ещё свеклу.
Но вы можете справедливо спросить, а
как это относится к физике и естественным наукам?
Приведем пример и тут. Очень хорошо подходит рынок акций, популярный в последнее время.
Мы хотим вложить денежку и получить профит на росте. Нужно купить акцию. Но мы не знаем, какую акцию купить, потому что мы впервые на этом рынке и не знаем ничего ни про сами акции, ни про специфику, не про каждого игрока рынка.
Энтропия рынка акций для новичка стремится к бесконечности. Начинаем изучение рынка акций и выявим, что стоимость русских акций сильно завязана на курс доллара и стоимость нефти. Получаем, что степень энтропии для нас понизилась.
Система осталась той же, а степень энтропии понизилась. Всё потому, что мы научились анализировать три параметра дополнительно. Теперь посмотрим, как на курс акций влияют сообщения из СМИ об отрасли и увидим ещё одну связь. Опять понизили степень энтропии системы.
Глубина термина энтропия в физике и естественных науках
Теперь
перенесем эту логику на физику. Она прекрасно ложится на процесс познания природы и исследований.
Скажем, ученые выяснили, что материал состоит из атомов и молекул. На ранних стадиях развития понятно, что наука пока не может сказать,
из чего именно материал состоит. Ведь атомы и молекулы делятся на другие, более мелкие частицы.
Энтропия такой системы огромна. Но, построив коллайдер, ученые узнали, что есть ещё и кварки. Из них состоит ядро атома. Степень энтропии понизилась. Мы знаем о системе больше.
Наша цель - уменьшить энтропию системы, то есть описать её полностью и выявить влияющие на процессы характеристики самой системы. В начале исследований мы обычно не знаем ни количество таких характеристик, ни количество вариантов их описания.
Дальше вспомним этакий
второй закон термодинамики. Именно при его изучении впервые всплывает энтропия.
Если изложить второй закон термодинамики доступно, то получится:
энтропия системы всегда растёт. Это закон природы. Почему так? Примерно по тому же, почему и есть стрела времени.
Это верно и с физической, и с аналитической точки зрения. Если запустить в комнату относительно упорядоченный газ (допущение, не больше), то он
очень быстро станет неупорядоченным. Именно понимание этого принципа
мешает сделать вечный двигатель.
Энтропия термодинамической системы
Ведь для его вечности, нужно взять и уменьшить энтропию системы в подходящий момент. И тут напрашивается поработать демон Максвелла, но о нём как-нибудь в другой раз.
Полное осознание энтропии
Итак, студенты или школьники скажут -
энтропия газа при переходе из одного сосуда в другой возросла. Физически это правильно характеризует процесс. Степень беспорядка в новом состоянии выше. Но вот только и студенты, и школьники будут ориентироваться на определение, что энтропия=степень беспорядка. Физического беспорядка. При этом более глубокий смысл никто в это не вкладывает.
Исходя из написанного ранее,
правильно будет описать повышение энтропии газа из примера так:
Энтропия газа возросла. Это подразумевает, что увеличилась как физическая неупорядоченность частиц этого газа, так и уменьшилось количество наших знаний об этой системе (нельзя предсказать местоположение частицы, а может быть и какой-то параметр, который пока ещё не открыли). Именно в этом сложность понятия энтропия и оно далеко не линейно.
------------
Обязательно оцените статью лайком, напишите комментарий и подпишитесь на проект! Это очень важно для развития канала.
-------------
Советую также прочитать на нашем канале: