На сайте «Новости Науки и Техники» 3 марта 2011 года опубликована статья профессора В.Эткина «Многоликая энтропия». В небольшой по объему статье профессионально и кратко, при этом очень доходчиво, рассмотрено понятие энтропия, как в математическом представлении, так и в формате физического смысла. Каждому, кто испытывает некоторую неуверенность при анализе явлений с обращением к энтропии, следует прочесть эту статью.

Однако статья вовсе не просветительская, хотя заявлена автором именно таковой. Она посвящена насущным проблемам термодинамики, связанным с внутренними противоречиями в понимании физической и философской сути энтропии. Характер противоречий достаточно точно отражается бытовым термином – неразбериха. Вот посильной ликвидации этой неразберихи и призвана статья В.Эткина.

Очевидно, что теория, допускающая внутренние парадоксы, содержит некий изъян, а определение, допускающее множественные толкования, не полно. В статье «Многоликая энтропия» автор наглядно и убедительно обрисовывает проблему, демонстрируя читателю сложившуюся ситуацию.

А ситуация, кратко, такова. Существуют несколько математических представлений энтропии, которые не сводятся друг к другу, но которые объединены логарифмической шкалой и чем-то еще более значимым, но ускользающим от понимания. Предлагаемый физический смысл каждого определения также производит двойственное впечатление: каждый тип энтропии явно отличен от других, и в то же время это все об одном.

Если профессор Эткин не предлагает решения этой проблемы, то значит это не так просто. А учитывая ситуацию с парадоксом Гиббса, для которого предложено около десятка решений, и ни одно из них не обладает необходимой убедительностью и универсальностью, то приходится признать, что выявление общего начала в понимании сути многоликой энтропии, действительно является в настоящий момент проблемой.

Одним из способов преодоления подобных ситуаций является дискуссия в форме так называемой «мозговой атаки». Особенностью такой дискуссии является допустимость (даже желательность) участия в ней не вполне профессиональных аналитиков, а также допустимость всевозможных интуитивных предположений без всякой аргументации. Обязательная коллективная критика всех поступивших предложений, напротив, должна быть максимально аргументированной и убедительной. История открытий знает примеры, когда выдыхающаяся мозговая атака заканчивалась нарочито-вздорным предположением, и именно это предположение оказывалось ключом к решению проблемы.

Все последующие рассуждения производятся в рамках правил мозговой атаки, в которой предлагается принять участие всем желающим. При раздражающем дефиците приведенных аргументов см. [4], http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/10168.html.
Анализ понятия энтропия начнем с пресловутого парадокса «тепловой смерти», которому и В.Эткин вновь уделил достаточно внимания.

Методы научного познания обширны. Обратим внимание на два распространенных приема: идеализация и вычленение. Оба метода достаточно эффективны, и оба требуют дополнительного анализа после получения первичных результатов, которые всегда являются промежуточными. Физическое абстрактное преобразование – идеализация, должно помогать выявлению некой сути реальности, способствуя пониманию сложных реальных процессов (заведомо не совпадающих с идеальными) за счет отвлечения внимания от мало существенных свойств явления. Более точные количественные оценки исследуемого явления достигаются в этом случае последующими исследованиями (методами вариаций или др.), которые и дополняют первичные результаты. Полное пренебрежение дополняющими характеристиками необходимо доказывать!

Вычленение производится исключением из предмета исследования равнозначных сущностей, характеризуемых малой корреляцией взаимодействия с исследуемым явлением. Сам характер метода, по определению, не предполагает последующего обобщения выводов на исключенные явления.

Два названных метода на первый взгляд представляются совершенно разными. Однако они имеют общую границу, и можно найти область, где разделить их трудно.

Обратимся к энтропии в термодинамике. Для исследования явлений в рамках термодинамики используются следующие абстрактные объекты-понятия: идеальный газ и идеальная жидкость. Авторитарный принцип, процветающий в современной науке, не позволяет исследователю даже задуматься над вопросом, является ли идеальный газ идеализацией, или это вычленение. Сказано: идеальный газ – значит идеализация. А суть незаданного вопроса сводится к следующему, если это вычленение, то ни один из выводов термодинамики нельзя воспринимать как главенствующий во Вселенной. Являются ли свойства элементов реального газа, от учета которых отказались, малосущественными, или они равнозначны? Для качественной оценки используемого упрощения рассмотрим следующую тестовую ситуацию.

С точки зрения энтропии одним из состояний вещества, близким к абсолютному максимуму энтропии, является высокотемпературная протонно-электронная плазма. Усредненное действие электрических полей на каждый заряд в этом состоянии равно нулю. Однако кажущееся равновесие сил является динамическим, и реализуется только как усредненный статистический параметр. Реально, каждый заряд постоянно (за редчайшим исключением) находится в отличном от нуля электрическом, стороннем поле. Электроны, сталкиваясь с протонами, заполняют промежуточное пространство электромагнитным излучением с соответствующим высокотемпературным спектром. Если рассматриваемая область пространства является частью бесконечной вселенной, то плазма, несколько остыв за счет энергетических затрат на излучение, достигнет равновесия с излучением, и развитие термодинамического процесса на этом прекратится. Тупик прогресса системы.

Допустим теперь, что рассматриваемая область с плазмой конечна и не испытывает внешнего воздействия, кроме электрически нейтрального ограничителя объема. В этом случае излучение будет покидать плазму, и она, в конце концов, остынет до температуры, при которой математический формализм предписывает электронам упасть на протоны. Но известно, что этого не происходит. Стандартная модель предполагает в этой ситуации образование атомов водорода. Последнее утверждение является практическим знанием и явно противоречит законам шариковой термодинамики, т.к. является самопроизвольным внутренним процессом, сопровождающимся уменьшением энтропии. Последующее формирование молекул водорода еще больше уменьшит энтропию. И так до галактик.

Рассмотрим еще одну элементарную ситуацию. В свободном пространстве на некотором удалении находятся неподвижный протон и неподвижный электрон. Что произойдет — известно. Электрон начнет «падать» на протон, в результате чего образуется атом водорода. Для строгости рассуждений можно ввести вероятность этого события, но суть от этого не изменится. Зная начальную фазу и конечный результат, можно восстановить промежуточную фазу. А именно, электрон, приближаясь к протону, за счет электромагнитного взаимодействия приобретает спиральное ускоренное движение, замедляя за счет этого скорость своего приближения к протону. В результате электрон оказывается на возбужденной орбите атома водорода, и после излучения или поглощения соответствующих фотонов, стабилизирует свое состояние. Если кто-то сможет этот процесс представить в исполнении твердых упругих шариков, то пусть всем покажет.

Какой вывод можно сделать. Вывод очень простой: при идеализации реального вещества идеальным газом, были отброшены (как несущественные) сущности гораздо более важные (или не менее важные), чем те, которые были оставлены. Таким образом, метод идеализации оказался методом вычленения, к чему отнеслись без должного внимания. Допустимость вычленения определяется исследователем, но принятие решения обязательно должно быть осознанным и предполагающим восполнение. Однако в сложившейся ситуации ни того, ни другого не произошло.

 

Процессы, противостоящие росту мировой энтропии, явно не относятся к существующей термодинамике. Поиск возможных причин стабилизации или аномального уменьшения энтропии в рамках термодинамики, предпринятый В.Эткиным в конце статьи, может, и приведет к усовершенствованию термодинамики, но не решит проблему.

 

Интуитивно, явления и процессы, которые своим действием реально уменьшают энтропию и противостоят её повсеместному интегральному росту, в своей всеобщей согласованности могут быть отнесены к философской категории «гармония».

Гармония – это наиболее сложно определяемое философское понятие, роль которого в силу объективных причин была временно принижена. Из первоначально философской категории она, в результате практического применения, сведена в рядовое понятие, относящееся к светской культурологи, и даже стала, уже совершенно не по рангу, синонимом красоты.

Попробуем восстановить изначальный смысл гармонии, усовершенствовав его в соответствии с современными достижениями.

Гармония – это процесс и одновременно результат объединения разнообразных сущностей, порождающий принципиально новые качества и свойства системы, признаки которых иногда невозможно обнаружить в объединяемых субстанциях.

Самосовершенствующаяся система является гармоничной. Именно таков реальный Мир. Термодинамическое, необратимое увеличение энтропии, как часть всеобщего вселенского процесса, само является участником гармонического процесса.

Рост термодинамической энтропии также естественен как скольжение с горки, но также как гравитационная аккреция не привела и не может привести к гравитационному коллапсу, так и неизбежный рост энтропии в тепловых процессах не может привести к тепловой смерти. Только рассмотрение искусственно изолированных процессов и необоснованное распространение полученных выводов на все оставшиеся, в отрыве от гармонии Мировой системы, может привести к абсурдным выводам о конце Света. Таким образом, парадокс «тепловой смерти», а также многие аналогичные (смерть Вселенной в «черной дыре») являются парадоксами антинаучного мышления, базирующегося на некорректных предположениях, и не более. Древние мыслители придумали наглядную аллегорию со слоном и слепыми мудрецами. Слепой мудрец, изучающий слона по его испражнениям, неизбежно придет к выводу о скорой кончине слона в результате истощения его физической сущности. Кроме того, оценив интенсивность испражнений и предположив величину массы слона, он может вычислить срок печального исхода.

Все заключения, приводящие к выводу о тепловой смерти абсолютно верны, но для вселенной, состоящей из упругих шариков; это относится и к молекулярному, и к атомарному, и квантовому уровню. Бесценный результат В. Томсона и Р. Клаузиуса, свидетельствующий о невозможности Мира из шариков, т.е. аргументирующий сложную природу первичных квантовых элементов любого уровня, на основе которых построен реальный (квантовый) Мир, превращен в ложный парадокс. Возможно, первоначально это произошло по недомыслию, но сейчас это уже похоже на сознательное сокрытие истины. Мир нельзя построить из шариковых вложений, как бы мелко их ни дробили.

 

Успешные попытки многих исследователей расширить область действия энтропии за рамки термодинамики не могут быть случайными.

Интуитивно все осознают наличие некоей скрытой изначальной сущности, и пытаются её вычленить и формализовать.

Ситуация с энтропией напоминает ситуацию с понятием физиологического здоровья. Воспользуемся этим понятием, как более близким и понятным всем, для сравнительной оценки.

Оценки здоровья могут быть статистическими, качественными, количественными,  специфическими и т.д. Можно производить оценку здоровья нации или некоторой категории населения, можно оценивать здоровье отдельного человека. Специалист по оценке здоровья — это врач.

Предположим, что группе врачей различных специализаций предложено выставить количественную оценку здоровью конкретного человека в системе отсчета, предложенной каждым врачом самостоятельно, и нормированной к единице. А после осуществления индивидуальной оценки, всем предложено собраться в консилиум и попытаться найти единый универсальный подход для оценки.

Не будем развивать аналогию далее. Совершенно очевидно, что даже если удастся найти универсальную оценку, она не сможет заменить и отменить частных оценок, которые будут все разными, будут более информативными и полезными. А самое главное, возникает встречный вопрос, стоит ли ставить задачу поиска единой оценки, пока в этом не возникнет практическая потребность.

Видимо, к аналогичному выводу должны придти и теоретики, занимающиеся вопросом энтропии. Но для этого у них должно сформироваться понимание проблемы, хотя бы близкое к уровню понимания проблемы здоровья врачами и их пациентами.

Похоже, В.Эткин интуитивно оценивает ситуацию аналогичным образом и не пытается вычленить невычленяемое, призывая лишь к корректному применению специализированных определений многоликой энтропии.

Но, возвращаясь к примеру со здоровьем, можно задать вопрос: стоит ли искать универсальный подход в случае с энтропией. Наверное,  стоит, если из этого поиска не создавать проблему: найдется решение – отлично, не найдется – ни чего плохого.

К пытающимся найти «золотое зерно» можно отнести А.Хазена. В своей статье [2] он явно достигает некоторого локального успеха, предлагая в качестве меры энтропии использовать понятие «действие». Но предоставим конструктивную критику этого предложения специалистам. В контексте же статьи гораздо интереснее исследовать определение энтропии, к которому пришел А.Хазен в процессе своих поисков. Вот это определение: «Энтропия есть реализованная действием (как в интуитивном человеческом смысле, так и в виде строгого научного термина) способность к превращениям». Определение явно философского толка. Оно удивительно похоже на данное здесь выше определение гармонии. Более того, определение А.Хазена практически перефразирует (с некоторыми потерями) определение гармонии, и это очень знаменательно. Часто анализ пар соответствующих противоположностей приводит к пониманию, что глубинные сущности их сближаются. Но не в такой же мере. Очевидно, что один из авторов (или оба) явно ошибается.

Энтропия в проявлении своей многоликости — это состояние движения системы, отражающее процесс диссипации запасенного действия; это процесс восстановления всех видов равновесия и процесс установления однообразия; это косвенная характеристика износа, старения и смерти всего, что исполнило свое предназначение. И еще многое другое из этого ряда.

Однако энтропия не может остановить нескончаемое развитие Вселенной. В диалектическом ракурсе ей противостоит гармония случайных связей, порождаемых хаосом теплового движения. Только модель молекул, представляющая голые, идеально упругие шарики, имитирует тепловую смерть всего сущего. Но молекула-шарик это всего лишь нулевое приближение окружающей действительности. К тому же, энтропия не равна по своему статусу значению гармонии. Энтропия имеет область применения, тогда как гармония ограничений не имеет. Энтропия сама является агентом гармонии.
Энтропия – одна из составляющих высшей Гармонии; она, уничтожая несостоятельные творения гармонии, формирует с помощью сохранения самых совершенных творений природы прогрессивный тип развития Вселенной.

 

            Нижний Новгород, март 2011г.

           

         

Источники информации

 

1. В.А. Эткин. Многоликая энтропия. Интернет, Новости Науки и Техники, 2011г.
2. А.М. Хазен. О термине действие-энтропия-информация. Интернет, 2003г.
3. Физический энциклопедический словарь. М. Советская энциклопедия, 1983.
4. В.Н.Леонович. Концепция физической модели квантовой гравитации. Интернет.