Александр Никонов - Физика на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям

Первое следствие. Раз все в этом мире по естественному течению событий может только портиться и разрушаться, раз вся энергия в конце концов переходит в тепло и рассеивается в пространстве, значит, мир имел начало и был создан богом с запасами энергии. Которые мы теперь и тратим в свое удовольствие. А ведь именно о сотворении мира и говорили всегда попы!

Второе следствие. Раз мир ждет неизбежная тепловая смерть, значит, настанет конец света. Как и учит церковь!

А неприятный вопрос состоял вот в чем… Если все может только усредняться и портиться, упрощаться и деградировать, почему же мы вокруг наблюдаем столь прекрасный мир? Из маленького зерна произрастают огромные деревья. Растут люди, усложняются общества, строятся дома. Мир развивается, а вовсе не деградирует! Как это соотносится с законом о нарастании энтропии? Нет ли в этом промысла божьего?

Ответ на первое следствие наука дала в ХХ веке. Мир действительно имел начало, он произошел в результате так называемого Большого взрыва, причиной которого послужила банальная квантовая флуктуация. Правда, устройству вселенной и ее возникновению нужно посвятить отдельную книгу…

Что же касаемо конца света, то каков он будет, пока еще не вполне понятно и зависит от многих факторов, которые еще предстоит изучить – является вселенная открытой системой или закрытой, ждет ли ее бесконечное раздувание или схлопывание и т. д.

Но самое замечательное, что в том же ХХ веке был дан ответ на главный вопрос: отчего же вокруг нас происходит развитие, если законы термодинамики требуют неизбежной деградации?

Ответ этот довольно прост: наша планета не является закрытой системой. Напротив! На нее буквально потоком льется солнечная энергия, благодаря которой и происходит мощнейшая работа эволюции по противодействию энтропийному давлению. Приток свободной энергии и является причиной эволюции, то есть постоянного усложнения систем, которые с помощью этого усложнения конкурируют между собой за свободную энергию. Кто сложнее – тот и обыгрывает конкурентов.

Даже совсем простые системы, если их накачивать энергией извне, склонны создавать некие упорядоченные структуры. Например, вихри конвекции, как в кипящей кастрюле.

А что такое человек, биосфера, цивилизация? Это сложные устойчивые неравновесные системы. Поясню.

Бывают системы устойчивые и неустойчивые.

Бывают равновесные и неравновесные.

Если воду не подогревать, она спокойна и находится в равновесии со средой. Но если ее начать накачивать энергией путем разогрева на газу, в воде тут же образуются устойчивые вихри конвекции – горячая вода от дна поднимается кверху, а охлажденная валится вниз. Внимательно почитайте далее текст об устойчивости и равновесии!

Устойчивая система – шарик в рюмке или в ямке. Он вниз закатился и сам оттуда наверх не выкатится нипочем, если ему не помочь. Все системы стремятся к энтропии, к равновесию, к нижайшему уровню энергии. Человеческая лень – пример такого стремления на уровне организма. Ну, а раз так, шарик в самом низу и лежит. Любое случайное воздействие, стронувшее шарик, приведет к тому, что он снова скатится на самое дно рюмки. Устойчивое положение!

Неустойчивая система – это карандаш, стоящий на острие или шарик на пригорке. Зафиксировать эту систему практически не удастся, любое случайное дуновение, любое дрожание молекул эту системы валит – карандаш падает, шарик скатывается с пригорка вниз.

Равновесная система – это система, находящаяся в равновесии. Нет в ней никаких пиков, все усреднено и мертво. Шарик в ямке – система равновесная.

Устойчивая равновесная система.

Неравновесная система – та, что находится в неравновесии. В ней присутствует разница потенциалов, за счет чего система может двигаться. Шарик на пригорке – неравновесная система, которая стремится к равновесию. Это неустойчивая неравновесная система.

– А зачем тогда разделять системы на устойчивые и равновесные? – спросите вы. – Разве неустойчивость не всегда совпадает с неравновесием, а устойчивость с равновесием?

Не всегда.

Человек – устойчивая неравновесная система. Он очень сложно организован, степень его внутренней организации запредельна! Такая система немедленно должна начать обваливаться, как карандаш, стоящий на острие. Но она не обваливается, потому что сделана так, что каждую секунду активно борется за свое неравновесие, за свою выделенность из среды, тратя на это бездну энергии. Это характеристика всех живых систем – борьба за жизнь против энтропии.

Наконец, бывают еще неустойчивые равновесные системы. Пример? Представьте пригорок, а на нем шарик. И вот мы, чтобы шарик тут зафиксировать, делаем крохотную ямку на вершине пригорка. И аккуратно ставим туда шарик.

Стоит! Уравновесился, собака!

Но стоит только чуть-чуть колебнуть этот шарик, как он неудержимо скатывается с пригорка вниз. Равновесие?

Да, но очень неустойчивое. Потому что пассивное. За свою устойчивость шарик не борется. Он ведь неживой.

Жизнь – это устойчивое неравновесие. И очень большое неравновесие. Очень удаленное от энтропийности. Очень организованное.

Равновесие и устойчивость

Хороший вопрос!..

Организация – великий противник энтропии. Разницу между организованной материей и хаотичной видно на рисунке ниже.

Более естественным, то есть статистически более вероятным состоянием материи является энтропийное. Не зря существует поговорка, отражающая этот фундаментальный физический принцип: «Ломать – не строить». Можно даже не ломать, а просто предоставить все времени, и оно в конце концов расправится со всем, что нам дорого и мило. Чтобы противостоять разрушающему влиянию энтропиии, нужно бороться.

Внимательно посмотрите на рисунки далее. Чем отличается состояние системы слева и справа, если материал, из которого система создана, одинаков? Количество чайников и игральных костей одинаково, их химические и физические свойства одинаковы. Но первый же взгляд на рисунок выявляет существенную разницу.

В чем разница систем, если количество и качество предметов в них одинаково?

Разница – в организации! Справа организация есть, а слева ее нет. Мы затратили труд и энергию на то, чтобы из естественного хаотичного состояния перевести систему в состояние порядка. Мы просто взяли и расставили предметы в нужном нам порядке, потратив на это силы и время. Можно сказать, что мы вложили в систему энергию.