Саме неточне поняття у фізиці
Термін ентропія зустрічається у фізичній теорії досить часто. Він бере участь в описі безлічі законів і явищ.
Ентропія
Хотілося б сказати, що “а давайте в простій формі розпишемо, що ж таке ентропія“, але поспішаю позначити важливий момент – ми маємо справу з одним із найскладніших понять сучасної фізики. Навіть вчені до кінця не розуміють, що ж таке ентропія і чому вона так себе веде.
Що таке ентропія
Почнемо з самого визначення. Воно дуже просте.
Ентропія – це міра невпорядкованості розглянутої системи.
Ось тільки за простим визначенням ховається ряд складнощів. Погодьтеся, “міра невпорядкованості” – дуже розмите поняття. Невпорядкованості структури речовини? Його стану? Його складу? Або невпорядкованості чого?
Правильніше говорити, що це ступінь нашого не знання або кількість невідомої про систему інформації.
Тому, термін ентропія використовують у фізиці і природничих науках набагато більш широкому сенсі.
На практиці доречно мірою ентропії називати кількість невідомих.
Виходить, що це не властивість самої системи, а характеристика нашого методу опису або дослідження системи.
Ентропія газу більше, ніж у твердого тіла
Якщо структура металу – це властивість самого металу, то підвищення ентропії газу хоч і може бути фізично віднесено до самого газу (так, міра безладу в ньому і правда завжди зростає), але частіше в широкому сенсі розуміється як “ми ніфіга про цей газ до кінця не знаємо“.
Приклад застосування поняття ентропія на акціях і морквині
Простий приклад ентропії.
Ми знаємо, що десь в гіпермаркеті лежить моркву. Ентропія такої системи украй висока. Адже там великий зал і моркву лежить не зрозуміло де. Її могли перекласти і т. п. Ще й умови можуть змінюватися. Тепер повторимо приклад і скажемо, що в спеціалізованому магазині моркви продається моркву. Ентропія знизилася. Адже в магазині моркви продається тільки морква і ми гарантовано відразу її знайдемо, якщо відвідаємо такий магазин. Ентропія дорівнює нулю. Ну а щоб ентропія в цьому прикладі зросла, нам потрібно в такий магазин моркви поставити на вітрину ще буряк.
Але ви можете справедливо запитати, а як це відноситься до фізики та природничих наук?
Наведемо приклад і тут. Дуже добре підходить ринок акцій, популярний останнім часом.
Ми хочемо вкласти гроші і отримати профіт на зростанні. Потрібно купити акцію. Але ми не знаємо, яку акцію купити, тому що ми вперше на цьому ринку і не знаємо нічого ні про самі акції, не про специфіку, не про кожного гравця ринку. Ентропія ринку акцій для новачка прагне до нескінченності. Починаємо вивчення ринку акцій і виявимо, що вартість російських акцій сильно зав’язана на курс долара і вартість нафти. Отримуємо, що ступінь ентропії для нас знизилася. Система залишилася тією ж, а ступінь ентропії знизилася. Все тому, що ми навчилися аналізувати три параметра додатково. Тепер подивимося, як на курс акцій впливають повідомлення ЗМІ про галузі і побачимо ще один зв’язок. Знову знизили ступінь ентропії системи.
Глибина терміна ентропія у фізиці і природничих науках
Тепер перенесемо цю логіку на фізику. Вона прекрасно лягає на процес пізнання природи і досліджень.
Скажімо, вчені з’ясували, що матеріал складається з атомів і молекул. На ранніх стадіях розвитку зрозуміло, що наука поки не може сказати, . Адже атоми і молекули діляться на інші, більш дрібні частинки. Ентропія такої системи величезна. Але, побудувавши коллайдер, вчені дізналися, що є ще і кварки. З них складається ядро атома. Ступінь ентропії знизилася. Ми знаємо про систему більше.
Наша мета – зменшити ентропію системи, тобто описати її повністю і виявити впливають на процеси характеристики самої системи. На початку досліджень ми зазвичай не знаємо ні кількість таких характеристик, ні кількість варіантів їх опису.
Далі згадаємо такий собі . Саме при його вивченні вперше спливає ентропія.
Якщо викласти другий закон термодинаміки доступно, то вийде: ентропія системи завжди зростає. Це закон природи. Чому так? Приблизно з того ж, чому і є стріла часу.
Це вірно і з фізичної, і з аналітичної точки зору. Якщо запустити в кімнату щодо впорядкований газ (припущення, не більше), то він дуже швидко стане невпорядкованим. Саме розуміння цього принципу заважає зробити вічний двигун.
Ентропія термодинамічної системи
Адже для його вічності, потрібно взяти і зменшити ентропію системи у відповідний момент. І тут напрошується попрацювати демон Максвелла, але про нього як-небудь іншим разом.
Повне усвідомлення ентропії
Отже, студенти або школярі скажуть – ентропія газу при переході з однієї судини в іншій зросла. Фізично це правильно характеризує процес. Ступінь безладу в новому стані вище. Але от тільки і студенти, і школярі будуть орієнтуватися на визначення, що ентропія=ступінь безладу. Фізичної безладу. При цьому більш глибокий сенс ніхто не вкладає.
Виходячи з написаного раніше, правильно буде описати підвищення ентропії газу з прикладу так:
Ентропія газу зросла. Це означає, що збільшилася як фізична невпорядкованість часток цього газу, так і зменшилася кількість наших знань про цю систему (не можна передбачити місце розташування частинки, а може бути і якийсь параметр, який поки ще не відкрили). Саме в цьому складність поняття ентропія і воно далеко не лінійно.
—-
Обов’язково оцініть статтю лайком, напишіть коментар і підпишіться на проект! Це дуже важливо для розвитку каналу.
—–
Раджу також прочитати на нашому каналі:
—
