Тепловая (термодинамическая)
Структурная
Информационная
Структурная S служит мерой неупорядоченности строения систем.
Информационная S – мера неопределенности сообщения.
В противоположность энтропии в науку введено понятие отрицательной (негативной) энтропии - негэнтропии (Sнег). Например, процессы жизнедеятельности обладают отрицательным приростом энтропии ∆S< 0.
В настоящее время негэнтропия трактуется
как информац
2 начало ТД - устанавливает наличие в природе фундаментальной асимметрии т.е. однонаправленности всех происходящих в ней самопроизвольных процессов (горячие тела остывают, прыгающий мяч останавливается…). Оно указывает естественное направление, в котором происходит изменение энергии.
В природе возможны процессы, протекающие только в одном направлении – передачи тепла от более горячих тел к менее горячим.
Невозможно совершить работу за счет тел, находящихся в термодинамическом равновесии.
Энтропия изолированной системы при протекании необратимых процессов возрастает ибо система, предоставленная самой себе, переходит из менее вероятного в более вероятное состояние ( ).
В связи с этим, во второй половине 19 века активно обсуждалась проблема тепловой смерти Вселенной. Рассматривая Вселенную как замкнутую систему и применяя к ней 2 начало ТД, Клаузиус свел его содержание к утверждению, что S Вселенной должна достигнуть своего максимума. Это означает, что все формы движения со временем должны перейти в тепловую, t° всех тел сравняется и наступит тепловая смерть Вселенной. Ошибочность вывода в том, что Вселенную нельзя рассматривать как замкнутую систему, она незамкнутая, безграничная, развивающаяся
Другая, т.н. «флуктуационная» гипотеза тепловой смерти Вселенной была дана Больцманом. Он считал, что неравновесное состояние Вселенной есть гигантская флуктуация (отклонение), которая со временем должна исчезнуть и тогда наступит равновесие. Т.е. Вселенная периодически приходит в состояние тепловой смерти и самопроизвольно из него выходит.
Для изолированной системы будущее всегда расположено в направлении возрастания S. Возрастание энтропии, определяющее необратимые процессы, есть «стрела времени».
3 начало ТД («тепловая теорема Нернста»): невозможно охладить вещество до температуры абсолютного нуля путем конечного числа шагов.
Нулевое начало ТД: вне зависимости от начального состояния все части системы при достижении состояния равновесия будут иметь одинаковую температуру. Фактически это начало вводит и определяет понятие «температуры».
4. Самоорганизация в природе. Синергетика.
Все процессы, протекающие в природе, следует разделять на 2 класса:
Процесы, протекающие в замкнутых системах. Они развиваются в направлении возрастания энтропии и приводят к установлению равновесия.
Процессы в открытых системах т.е. системах, которые обмениваются с окружающей средой веществом, энергией, информацией. В них главную роль играет неустойчивость и неравновесность.
С 70-х годов 20 века развивается направление, называемое синергетикой (греч. sinergetikos – совместный, коллективный, согласованно действующий). Термин был введен в 1969 г. нем. физиком Хакеном. Синергетика изучает системы с самоорганизующимися процессами, в которых эволюция протекает от хаоса к порядку.
Как направление в науке синергетика возникла благодаря достижениям И. Пригожина в области неравновесной ТД (Нобелевская премия в 1984г).
Им было показано, что в неравновесных открытых системах возможны эффекты, приводящие не к возрастанию энтропии и стремлению к хаосу, а к «самопроизвольному» возникновению упорядоченных структур. В синергетике применяется понятие «флуктуации» - это отклонение истинного значения величины от ее среднего значения. Для небольшой области системы возможны флуктуационные отклонения. Если система удалена от точки тд равновесия, то возникающие в ней флуктуации в результате взаимодействия со средой будут усиливаться.
В особой точке, которая называется точкой бифуркации, система попадает в критическое состояние. Небольшая флуктуация может послужить в этой точке началом эволюции в новом направлении т.е. в точке бифуркации система совершенно случайно выбирает путь развития. После того, как один из многих возможных вариантов выбран, вновь вступает в силу детерминизм
Условия формирования новых структур:
Открытость системы
Нахождение вдали от равновесия
Большое количество элементов
Наличие флуктуаций
Открытый Пригожиным новый принцип, лежащий в основе эволюции – «порядок через флуктуацию» – представляет собой базисный механизм развертывания эволюционных процессов во всех областях (от атомов до Галактик, от клеток до человеческих существ и вплоть до общества и культур).
Структуры и системы, возникающие в результате самоорганизации, называются диссипативными, т.к. они образуются за счет диссипации (рассеяния) энергии и получения из окружающей среды новой, свежей энергии.
Синергетика сформулировала принцип создания более сложных систем из более простых. С синергетикой в физику проник эволюционный подход.