Гісторыя энтрапіі і чаму гэта будзе канец усяго

Візуалізацыя паказвае, як часціцы будуць распаўсюджвацца па ўсёй Сусвеце па меры павелічэння энтрапіі, прыводзячы да цеплавой смерці (таксама вядомай як Вялікая замарозка).

Ідэя энтрапіі пачалася з нейкай горычы. Улада пара ператварала свет, яго ўзвышаючыя машыны навісалі над шумнымі грамадзянамі Англіі, у той час як у Францыі ландшафт быў бурным, бо людзі яго расчараваліся. У прыватнасці, адзін чалавек - Садзі Карно - марыў аб краху Англіі. Ён думаў, што разуменне паравой сілы дазволіць яму пазбавіць Англію ўсіх яе пераваг, ператварыўшы Францыю яшчэ раз у цэнтр дасягненняў і гонару. Нарадзіўшыся ў сям'і вайскоўцаў, якая прывіла яму нейкую паслугатнасць да сваёй краіны, ён пачаў разліваць рухавікі, напаўняючы свой вольны час даследаваннямі пра цяпло і агонь і ўсе ўнутраныя працы паравой энергіі - несумненна, адзін з самых чалавецтва рэвалюцыйныя крокі ў плане тэхнікі. Менавіта гэтае імкненне да нейкай, магчыма, дурной адданасці сваёй краіне, а да іншых захапляльнае жаданне прагрэсаваць прымусіла яго стаць вядомым як бацька тэрмадынамікі.

Тэрмадынаміка - гэта адна з самых фундаментальных тэорый фізікі, настолькі відавочная ў нашым паўсядзённым свеце, што такія вялікія розумы, як Альберт Эйнштэйн, Барыс Паўлавіч і Артур Эдынгтан бачылі гэта як пэўнасць, а не проста магчымасць. У сваёй найпростай, тэрмадынаміцы, гэта вывучэнне ўзаемасувязі ўсіх формаў энергіі ў Сусвеце. Ён злучае ўсё: ад найменшых плавальных мікробаў да найбуйнейшых вядомых чалавеку будынкаў - такіх вялікіх, што яны існуюць недзе сярод чорнага тла цёмнай прасторы. Першы закон абвяшчае, што ізаляваныя сістэмы маюць абмежаваную колькасць зададзенай колькасці энергіі, і энергія ў гэтай сістэме ніколі не можа быць створана і знішчана, яна можа змяніць толькі фармат. У гэтым выпадку ізаляваная сістэма - гэта наша Сусвет, і энергія ў нашым сусвеце ніколі не можа з'яўляцца і знікаць самастойна, замест гэтага яна можа перадавацца толькі ў розныя станы.

Выбухі ў катлах, падобныя да гэтага ў 40-х гадах, былі звычайнымі, калі паравозныя машыны былі ўпершыню выкарыстаны. Выява часопіса

У выпадку з паравымі машынамі, гарачы цэнтр акружаны халаднейшым асяроддзем, і менавіта гэтая розніца ў тэмпературы дазваляе нам выкарыстаць цеплавую энергію і ператварыць яе ў механічную энергію, якая можа потым забяспечыць харчаванне нашых заводаў альбо адправіць нашы лодкі, якія выслізгваюць. уздоўж шаўкавістых вод. Напрыклад, для паравога рухавіка, які выкарыстоўваецца цягніком, вада, якая атачае агонь, будзе награвацца і вырабляць пар, які, у сваю чаргу, вырабляе ціск, які выкарыстоўваецца для харчавання паравоза. Карно не толькі зразумеў гэта, але прадставіў ідэю ідэальнага цеплавога рухавіка, які выкарыстоўвае тое, што мы называем цыклам Карно.

Аднак гэта другі закон тэрмадынамікі, які апісвае характар ​​энтрапіі - магчымае разгадванне ўсяго.

Гэта часта разглядаецца як хаос: Сусвет імкнецца да хаосу. Але гэта яшчэ не поўнае разуменне таго, што ёсць энтрапія на самай справе. Змест больш статыстычны, чым філасофскі. У сістэме энтрапія - гэта паказчык раўнамернасці размеркавання энергіі ў гэтай сістэме, і, згодна з другім законам, энтрапія заўсёды павінна павялічвацца ў цэлым. Мы можам паменшыць энтрапію на дробных маштабах (напрыклад, вы робіце гэта кожны раз, калі вы награваеце кацёл з вадой), але пры значна большай маштабе Сусвету энергія становіцца больш раўнамерна размеркаванай і менавіта гэты працэс у канчатковым выніку прывядзе да смерць усяго. Не толькі ўсе, але і ўсе.

Атам вібруе хутчэй, калі падаецца цяпло. Гэтая вібрацыя (альбо энергія) перадаецца сумежным атамам, калі сістэма спрабуе дасягнуць раўнавагі.

Калі пакласці гарачую міску з супам на абедзенны стол, суп з часам астыне да пакаёвай тэмпературы. Канцэнтраванае, упарадкаванае цяпло ў чары з часам расцягнецца ў больш неўпарадкаванае стан, дзе цяпло распаўсюдзілася па пакоі. Гэта прыклад энтрапіі. Гэта адбываецца, калі Людвіг Больцман дазволіў нам зразумець з-за будаўнічых блокаў матэрыі, якую мы называем атамамі. Чым больш цяпла ў атамах, тым хутчэй яны рухаюцца. Затым яны дзеляцца гэтай энергіяй з навакольным асяроддзем, перадаючы яго ад супу да стравы да стала і па ўсёй астатняй частцы пакоя. І хоць магчыма, каб гарачы прадмет спантанна зрабіўся гарачым, шанцы гэтага адбыцца настолькі малыя, што яго ніколі не назіралі. Менавіта тут уступае ў сілу статыстычны характар ​​энтрапіі - больш высокая энтрапія з'яўляецца найбольш верагодным вынікам для сістэмы. Вышэйшая энтрапія азначае большае засмучэнне, паколькі вялікая верагоднасць узнікнення парушэння.

Энтропія не толькі выклікае астывання гарачых рэчаў, але і прычына астывання рэчаў, як, напрыклад, марозіва, награваецца і растае, калі яны набліжаюцца да пакаёвай тэмпературы.

Усё зводзіцца да лічбаў, якія кажуць, што дэзарганізаваныя стану значна часцей узнікаюць, чым арганізаваныя, тым больш, што колькасць часціц у сістэме павялічваецца. Вельмі верагодна, што энергія будзе парушана і раўнамерна размеркавана ў сістэме, чым для яе канцэнтрацыі і ўпарадкаванасці. Пасля таго, як гэтая энергія будзе рассеяна, працэс не можа быць адменены (суп зноў не нагрэецца, калі на яго не дзейнічае знешняя сіла). Гэта закон, які пранізвае ўвесь Сусвет. Усе рэчы з цеплынёй і энергіяй узаемазвязаны, і гэта цяпло і энергія будуць працягваць разыходзіцца па ўсёй сістэме, якая ўяўляе сабой прастору. Менавіта таму час не можа ісці назад. Для таго, каб час ішоў назад, энтрапія павінна была б змяншацца. Такім чынам, час, які звычайна не мае значэння ў законах руху, становіцца значна больш жорсткім і менш падатлівым, чым мы маглі б спадзявацца.

Што тычыцца мікрастатаў і макрастатаў, то макрастат, які мы назіраем, будзе той, які прадказвае большасць яго мікрастата. Макрастаты - гэта агульныя ўласцівасці сістэмы - яе тэмпература, аб'ём, ціск і гэтак далей. Мікрастаты - гэта асобныя часціцы ў сістэме, іх становішча і хуткасць. Паколькі большасць часціц дае вам сістэму з большай энтрапіяй і большай цеплавой раўнавагі, гэта будзе сістэма, якую мы потым будзем назіраць.

Па меры таго, як энтрапія ва Сусвеце працягвае расці, цяпло будзе працягваць распаўсюджвацца, пакуль сістэма не дасягне максімальнага раўнавагі, а значыць, усё будзе дэградаваць на часціцы падэшвы і віхур выпраменьвання. З усіх сцэнарыяў смерці нашага Сусвету найбольш верагодна, што цеплавая смерць улічвае тое, што мы можам назіраць, і з улікам нашых фізічных законаў.

Знакамітая формула Больцмана кажа, што расстройства будзе пранізваць Сусвет, таму што гэта статыстычна больш верагодна, чым яго ўпарадкаваная калега.

Энтрапія вызначае такім чынам. Ён вызначае ўсё як смяротнае, але, з-за непазбежнага выніку канца Сусвету, ён таксама вызначае гэты момант жыцця і энергію і жыватасць як надзвычай эфектны з-за сваёй рэдкасці і таму, што ён будзе такім кароткім. Гэта кажа нам, што ўсё спыніцца, так, але таксама дае нам магчымасць выкарыстоўваць энергію і ўдасканальваць тэхналогіі, будаваць нашы гарады, вырабляць хімічныя рэакцыі і нават на больш індывідуальным узроўні проста есці, танцаваць і гуляць. У значна больш раннія гады энтрапія была вядомая як жывая сіла на Зямлі, якую мы маглі б здабываць і выкарыстоўваць у нашых інтарэсах. Гэтая ідэя была не зусім правільнай, але ў пэўнай ступені яна здольная жыць усім. Адзіны шлях чалавецтва можа ісці наперад - гэта знайсці новыя спосабы выкарыстання гэтай жыццёвай сілы. Спачатку праз ежу, потым агонь, а зараз мы глядзім на зорак, каб дапамагчы нам зразумець зліццё і яго ролю ў нашай будучыні.

Існуе шмат агульнага паміж энтрапіяй і часам. Мы можам баяцца часу, таму што мы не можам спыніць яго альбо пераламаць яго, альбо таму што мы не ўпэўненыя, што ён прынясе. Але пастаяннае адстаўка гадзінніка таксама з'яўляецца нейкім палёгкай, кажучы нам пра тое, што ў любой сітуацыі мы знаходзімся толькі часова, і што жыццё значна больш каштоўнае, бо яно значна больш хуткаплыннае.