يمكن تفسير الإنتروبيا على أنها مقياس لعدم اليقين (الاضطراب) في نظام ما، على سبيل المثال، بعض الخبرة (الاختبار)، والتي يمكن أن يكون لها نتائج مختلفة، وبالتالي كمية المعلومات. وبالتالي، فإن التفسير الآخر للإنتروبيا هو القدرة المعلوماتية للنظام. ويرتبط بهذا التفسير حقيقة أن مبتكر مفهوم الإنتروبيا في نظرية المعلومات (كلود شانون) أراد في البداية تسمية هذه الكمية بالمعلومات.

يتم استخدام مفهوم إنتروبيا المعلومات في كل من نظرية المعلومات والإحصاء الرياضي وفي الفيزياء الإحصائية (إنتروبيا جيبس ​​ونسختها المبسطة - إنتروبيا بولتزمان). المعنى الرياضي للإنتروبيا المعلوماتية هو لوغاريتم عدد الحالات المتاحة للنظام (يمكن أن تكون قاعدة اللوغاريتم مختلفة؛ فهي تحدد وحدة قياس الإنتروبيا). تضمن وظيفة عدد الحالات هذه خاصية إضافة الإنتروبيا للأنظمة المستقلة. علاوة على ذلك، إذا اختلفت الحالات في درجة التوفر (أي أنها ليست متساوية في الاحتمال)، فيجب فهم عدد حالات النظام على أنه العدد الفعلي لها، والذي يتم تحديده على النحو التالي. دع حالات النظام تكون متساوية في الاحتمال ولها احتمالية

(\displaystyle ع)

ثم عدد الولايات

(\displaystyle N=1/p)

(\displaystyle \log N=\log(1/p))

في حالة اختلاف احتمالات الدول

(\displaystyle p_(i))

دعونا ننظر في المتوسط ​​​​المرجح

(\displaystyle \log (\overline (N))=\sum _(i=1)^(N)p_(i)\log(1/p_(i)))

(\displaystyle (\overline (N)))

العدد الفعال من الدول. يتضمن هذا التفسير بشكل مباشر التعبير عن إنتروبيا المعلومات لشانون

(\displaystyle H=\log (\overline (N))=-\sum _(i=1)^(N)p_(i)\log p_(i))

تفسير مماثل ينطبق أيضًا على إنتروبيا ريني، وهو أحد تعميمات مفهوم إنتروبيا المعلومات، ولكن في هذه الحالة يتم تعريف العدد الفعال لحالات النظام بشكل مختلف (يمكن إثبات أن إنتروبيا ريني تتوافق مع العدد الفعال للحالات، والذي يتم تعريفه على أنه المتوسط ​​المرجح لقانون القوة مع المعلمة

(\displaystyle q\leq 1)

يمكن تفسير الإنتروبيا على أنها مقياس لعدم اليقين (الاضطراب) في نظام ما، على سبيل المثال، بعض الخبرة (الاختبار)، والتي يمكن أن يكون لها نتائج مختلفة، وبالتالي كمية المعلومات. وبالتالي، فإن التفسير الآخر للإنتروبيا هو القدرة المعلوماتية للنظام. ويرتبط بهذا التفسير حقيقة أن مبتكر مفهوم الإنتروبيا في نظرية المعلومات (كلود شانون) أراد أولاً تسمية هذه الكمية معلومة.

تفسير مماثل ينطبق أيضًا على إنتروبيا ريني، وهو أحد تعميمات مفهوم إنتروبيا المعلومات، ولكن في هذه الحالة يتم تعريف العدد الفعال لحالات النظام بشكل مختلف (يمكن إثبات أن إنتروبيا ريني تتوافق مع العدد الفعال لحالات النظام). عدد الحالات، التي يتم تعريفها على أنها المتوسط ​​​​المرجح لقانون السلطة مع المعلمة ف ≥ 1 (\displaystyle q\leq 1)من القيم 1 / ص ط (\displaystyle 1/p_(i))) .

وتجدر الإشارة إلى أن تفسير صيغة شانون على أساس المتوسط ​​المرجح ليس مبررا لها. يمكن الحصول على اشتقاق دقيق لهذه الصيغة من الاعتبارات التوافقية باستخدام صيغة ستيرلنغ المقاربة وتكمن في حقيقة أن التوافقية للتوزيع (أي عدد الطرق التي يمكن من خلالها تحقيق ذلك) بعد أخذ اللوغاريتم والتطبيع في يتزامن الحد مع التعبير عن الإنتروبيا بالشكل الذي اقترحه شانون.

بالمعنى الواسع الذي تستخدم فيه الكلمة غالبًا في الحياة اليومية، تعني الإنتروبيا مقياس الفوضى أو الفوضى في النظام: كلما قل خضوع عناصر النظام لأي ترتيب، زادت الإنتروبيا.

هذه المجموعة من البديهيات تؤدي بشكل لا لبس فيه إلى صيغة إنتروبيا شانون.

استخدامها في مختلف التخصصات

• الإنتروبيا الديناميكية الحرارية هي وظيفة ديناميكية حرارية تميز قياس تبديد الطاقة الذي لا رجعة فيه فيه.
• في الفيزياء الإحصائية، يميز احتمال حدوث حالة مجهرية معينة للنظام.
• في الإحصاء الرياضي، مقياس لعدم اليقين في التوزيع الاحتمالي.
• إنتروبيا المعلومات هي مقياس لعدم اليقين في مصدر الرسائل في نظرية المعلومات، ويتم تحديده من خلال احتمالات ظهور رموز معينة أثناء إرسالها.
• إنتروبيا النظام الديناميكي هي مقياس للفوضى في سلوك مسارات النظام في نظرية الأنظمة الديناميكية.
• الإنتروبيا التفاضلية هي تعميم رسمي لمفهوم الإنتروبيا للتوزيعات المستمرة.
• إنتروبيا الانعكاس هي جزء من المعلومات حول نظام منفصل لا يتكرر عندما ينعكس النظام من خلال مجمل أجزائه.
• الإنتروبيا في نظرية التحكم هي مقياس لعدم اليقين بشأن حالة أو سلوك النظام في ظل ظروف معينة.

في الديناميكا الحرارية

تم تقديم مفهوم الإنتروبيا لأول مرة بواسطة كلاوسيوس في الديناميكا الحرارية عام 1865 لتحديد مقياس تبديد الطاقة الذي لا رجعة فيه، وهو مقياس لانحراف عملية حقيقية عن عملية مثالية. يتم تعريفه على أنه مجموع درجات الحرارة المخفضة، وهو دالة حالة ويظل ثابتًا في العمليات العكسية المغلقة، بينما في العمليات غير العكوسة يكون تغيره إيجابيًا دائمًا.

رياضيًا، يتم تعريف الإنتروبيا على أنها دالة لحالة النظام، ويتم تحديدها حتى ثابت اعتباطي. الفرق في الإنتروبيا في حالتي التوازن 1 و 2، بحكم التعريف، يساوي انخفاض كمية الحرارة ( δ س / تي (\displaystyle \delta Q/T))، والتي يجب إرسالها إلى النظام من أجل نقلها من الحالة 1 إلى الحالة 2 عبر أي مسار شبه ثابت:

نظرًا لأن الإنتروبيا يتم تحديدها حتى ثابت اعتباطي، فيمكننا أن نأخذ الحالة 1 بشكل مشروط باعتبارها الحالة الأولية ونضعها س 1 = 0 (\displaystyle S_(1)=0). ثم

هنا يتم أخذ التكامل لعملية شبه تعسفية. وظيفة التفاضلية س (\displaystyle S)يشبه

ينشئ الإنتروبيا علاقة بين الحالات الكلية والجزئية. خصوصية هذه الخاصية هي أنها الوظيفة الوحيدة في الفيزياء التي توضح اتجاه العمليات. بما أن الإنتروبيا هي وظيفة حالة، فهي لا تعتمد على كيفية تنفيذ الانتقال من حالة النظام إلى أخرى، ولكن يتم تحديدها فقط من خلال الحالات الأولية والنهائية للنظام.

الإنتروبيا (من اليونانية القديمة ἐντροπία "منعطف"، "تحول") هو مصطلح يستخدم على نطاق واسع في العلوم الطبيعية والعلوم الدقيقة. تم تقديمه لأول مرة في إطار الديناميكا الحرارية كدالة لحالة النظام الديناميكي الحراري، والذي يحدد مقياس تبديد الطاقة الذي لا رجعة فيه. في الفيزياء الإحصائية، تحدد الإنتروبيا احتمالية حدوث أي حالة مجهرية. بالإضافة إلى الفيزياء، يستخدم هذا المصطلح على نطاق واسع في الرياضيات: نظرية المعلومات والإحصاء الرياضي.

دخل هذا المفهوم العلم في القرن التاسع عشر. في البداية، كان قابلاً للتطبيق على نظرية المحركات الحرارية، لكنه سرعان ما ظهر في مجالات أخرى من الفيزياء، وخاصة في نظرية الإشعاع. وسرعان ما بدأ استخدام الإنتروبيا في علم الكونيات وعلم الأحياء ونظرية المعلومات. تميز مجالات المعرفة المختلفة أنواعًا مختلفة من مقاييس الفوضى:

• معلوماتية؛
• الديناميكا الحرارية.
• التفاضلي؛
• الثقافية، الخ.

على سبيل المثال، بالنسبة للأنظمة الجزيئية، هناك إنتروبيا بولتزمان، والتي تحدد مدى الفوضى والتجانس. لقد تمكن بولتزمان من إقامة علاقة بين مقياس الفوضى واحتمالية قيام الدولة. بالنسبة للديناميكا الحرارية، يعتبر هذا المفهوم مقياسًا لتبديد الطاقة الذي لا رجعة فيه. إنها وظيفة لحالة النظام الديناميكي الحراري. في النظام المعزول، تنمو الإنتروبيا إلى قيم قصوى، وتصبح في النهاية حالة من التوازن. تتضمن إنتروبيا المعلومات قدرًا من عدم اليقين أو عدم القدرة على التنبؤ.

يمكن تفسير الإنتروبيا على أنها مقياس لعدم اليقين (الاضطراب) في نظام ما، على سبيل المثال، بعض الخبرة (الاختبار)، والتي يمكن أن يكون لها نتائج مختلفة، وبالتالي كمية المعلومات. وبالتالي، فإن التفسير الآخر للإنتروبيا هو القدرة المعلوماتية للنظام. ويرتبط بهذا التفسير حقيقة أن مبتكر مفهوم الإنتروبيا في نظرية المعلومات (كلود شانون) أراد في البداية تسمية هذه الكمية بالمعلومات.

بالنسبة لعمليات (التوازن) العكسية، يتم تحقيق المساواة الرياضية التالية (نتيجة لما يسمى بمساواة كلاوسيوس)، حيث الحرارة الموردة، ودرجة الحرارة، وما هي الحالات، وهل الإنتروبيا المقابلة لهذه الحالات (هنا تعتبر عملية الانتقال من دولة إلى أخرى).

بالنسبة للعمليات التي لا رجعة فيها، فإن عدم المساواة يأتي من ما يسمى عدم المساواة كلاوسيوس، أين يتم توفير الحرارة، هي درجة الحرارة، وهي الحالات، وهو الإنتروبيا المقابلة لهذه الحالات.

ولذلك، فإن إنتروبيا النظام المعزول حراريًا (بدون إمداد أو إزالة الحرارة) يمكن أن تزيد فقط أثناء العمليات التي لا رجعة فيها.

باستخدام مفهوم الإنتروبيا، قدم كلاوسيوس (1876) الصيغة الأكثر عمومية للقانون الثاني للديناميكا الحرارية: في العمليات الأدياباتيكية الحقيقية (غير القابلة للانعكاس)، تزداد الإنتروبيا، وتصل إلى قيمة قصوى في حالة التوازن (القانون الثاني للديناميكا الحرارية ليس كذلك). مطلقة فإنها تنتهك أثناء التقلبات).

الإنتروبيا المطلقة (S) لمادة أو عمليةهو التغير في الطاقة المتاحة لنقل الحرارة عند درجة حرارة معينة (Btu/R، J/K). رياضيًا، الإنتروبيا تساوي انتقال الحرارة مقسومًا على درجة الحرارة المطلقة التي تحدث عندها العملية. وبالتالي، فإن عمليات نقل كميات كبيرة من الحرارة تزيد من الإنتروبيا بشكل أكبر. كما أن تغيرات الإنتروبيا ستزداد عندما تنتقل الحرارة عند درجات حرارة منخفضة. وبما أن الإنتروبيا المطلقة تتعلق بصلاحية كل الطاقة في الكون، فإن درجة الحرارة تقاس عادة بالوحدات المطلقة (R، K).

الانتروبيا المحددة(S) يتم قياسه بالنسبة إلى وحدة كتلة المادة. غالبًا ما يتم إعطاء وحدات درجة الحرارة المستخدمة في حساب اختلافات الإنتروبيا في الحالات بوحدات درجة الحرارة بالدرجات فهرنهايت أو مئوية. وبما أن الاختلافات في الدرجات بين مقياس فهرنهايت ورانكين أو مقياس مئوية وكلفن متساوية، فإن حل هذه المعادلات سيكون صحيحًا بغض النظر عما إذا كان يتم التعبير عن الإنتروبيا بالوحدات المطلقة أو التقليدية. الإنتروبيا لها نفس درجة الحرارة المعطاة مثل المحتوى الحراري المحدد لمادة معينة.

لتلخيص ذلك: تزداد الإنتروبيا، وبالتالي، مع أي من أفعالنا فإننا نزيد الفوضى.

مجرد شيء معقد

الإنتروبيا هي مقياس للاضطراب (وسمة من سمات الحالة). بصريًا، كلما تم توزيع الأشياء بشكل متساوٍ في مساحة معينة، زادت الإنتروبيا. إذا كان السكر موجودًا في كوب من الشاي على شكل قطعة، فإن إنتروبيا هذه الحالة تكون صغيرة، وإذا تم إذابته وتوزيعه على كامل الحجم، فهو مرتفع. يمكن قياس الاضطراب، على سبيل المثال، عن طريق حساب عدد الطرق التي يمكن بها ترتيب الأشياء في مساحة معينة (عندئذ يتناسب الإنتروبيا مع لوغاريتم عدد التخطيطات). إذا تم طي جميع الجوارب بشكل مضغوط للغاية في كومة واحدة على الرف في الخزانة، فإن عدد خيارات التخطيط صغير وينخفض ​​فقط إلى عدد إعادة ترتيب الجوارب في الكومة. إذا كان من الممكن وضع الجوارب في أي مكان في الغرفة، فهناك عدد لا يمكن تصوره من الطرق لوضعها، وهذه التخطيطات لا تتكرر طوال حياتنا، تمامًا مثل أشكال رقاقات الثلج. إن إنتروبيا حالة "الجوارب المتناثرة" هائلة.

ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن الإنتروبيا لا يمكن أن تنخفض تلقائيًا في نظام مغلق (عادةً ما تزداد). وتحت تأثيره يتبدد الدخان ويذوب السكر وتتفتت الحجارة والجوارب بمرور الوقت. ويمكن تفسير هذا الاتجاه ببساطة: الأشياء تتحرك (تتحرك بواسطتنا أو بقوى الطبيعة) عادة تحت تأثير نبضات عشوائية ليس لها هدف مشترك. إذا كانت الدوافع عشوائية، فإن كل شيء سينتقل من النظام إلى الفوضى، لأن هناك دائمًا طرقًا أكثر لتحقيق الفوضى. تخيل رقعة الشطرنج: يمكن للملك أن يخرج من الزاوية بثلاث طرق، كل المسارات الممكنة له تؤدي من الزاوية، ويعود إلى الزاوية من كل خلية مجاورة بطريقة واحدة فقط، وستكون هذه الحركة واحدة فقط من 5 أو 8 التحركات الممكنة. إذا حرمته من هدف وسمحت له بالتحرك بشكل عشوائي، فمن المرجح في النهاية أن ينتهي به الأمر في أي مكان على رقعة الشطرنج، وستصبح الإنتروبيا أعلى.

في الغاز أو السائل، يتم لعب دور هذه القوة الفوضوية من خلال الحركة الحرارية، في غرفتك - من خلال رغباتك اللحظية في الذهاب إلى هنا، أو الاستلقاء، أو العمل، وما إلى ذلك. لا يهم ما هي هذه الرغبات، الشيء الرئيسي هو أنها ليست مرتبطة بالتنظيف ولا ترتبط ببعضها البعض. لتقليل الإنتروبيا، تحتاج إلى تعريض النظام للمؤثرات الخارجية والقيام بالعمل عليه. على سبيل المثال، وفقًا للقانون الثاني، ستزداد الإنتروبيا في الغرفة بشكل مستمر حتى تأتي والدتك وتطلب منك الترتيب قليلاً. إن الحاجة إلى بذل شغل تعني أيضًا أن أي نظام سيقاوم تقليل الإنتروبيا وإنشاء النظام. إنها نفس القصة في الكون، الإنتروبيا بدأت تتزايد مع الانفجار الكبير، وستستمر في النمو حتى تأتي أمي.

مقياس الفوضى في الكون

لا يمكن تطبيق النسخة الكلاسيكية لحساب الإنتروبيا على الكون، لأن قوى الجاذبية تنشط فيه، ولا يمكن للمادة نفسها أن تشكل نظامًا مغلقًا. في الواقع، بالنسبة للكون فهو مقياس للفوضى.

يعتبر المصدر الرئيسي والأكبر للاضطراب الذي لوحظ في عالمنا هو التكوينات الضخمة المعروفة - الثقوب السوداء الضخمة والفائقة الكتلة.

لا يمكن حتى الآن وصف محاولات حساب قيمة مقياس الفوضى بدقة بأنها ناجحة، على الرغم من حدوثها باستمرار. لكن جميع تقديرات إنتروبيا الكون لها تشتت كبير في القيم التي تم الحصول عليها - من واحد إلى ثلاثة أوامر من حيث الحجم. وهذا لا يرجع فقط إلى نقص المعرفة. هناك نقص في المعلومات حول التأثير على الحسابات ليس فقط لجميع الأجرام السماوية المعروفة، ولكن أيضًا للطاقة المظلمة. لا تزال دراسة خصائصه ومميزاته في بداياتها، لكن تأثيرها يمكن أن يكون حاسما. إن مقياس الفوضى في الكون يتغير طوال الوقت.يقوم العلماء باستمرار بإجراء دراسات معينة حتى يتمكنوا من تحديد الأنماط العامة. عندها سيكون من الممكن إجراء تنبؤات دقيقة إلى حد ما بوجود أجسام فضائية مختلفة.

الموت الحراري للكون

أي نظام ديناميكي حراري مغلق له حالة نهائية. الكون أيضا ليس استثناء. عندما يتوقف التبادل الموجه لجميع أنواع الطاقة، فإنها ستولد من جديد في طاقة حرارية. سيدخل النظام في حالة الموت الحراري إذا وصلت الإنتروبيا الديناميكية الحرارية إلى أعلى قيمة. الاستنتاج حول هذه النهاية لعالمنا صاغه ر. كلوزيوس في عام 1865. واتخذ القانون الثاني للديناميكا الحرارية كأساس له. ووفقا لهذا القانون فإن النظام الذي لا يتبادل الطاقات مع الأنظمة الأخرى سيسعى إلى حالة التوازن. وقد يكون لها معلمات مميزة للموت الحراري للكون. لكن كلوزيوس لم يأخذ في الاعتبار تأثير الجاذبية. وهذا يعني أنه بالنسبة للكون، على عكس نظام الغاز المثالي، حيث يتم توزيع الجسيمات بشكل موحد في بعض الحجم، فإن توحيد الجسيمات لا يمكن أن يتوافق مع أكبر قيمة للإنتروبيا. ومع ذلك، ليس من الواضح تمامًا ما إذا كانت الإنتروبيا مقياسًا مقبولًا للفوضى أو موت الكون؟

الانتروبيا في حياتنا

في تحد للقانون الثاني للديناميكا الحرارية، والذي بموجب أحكامه يجب أن يتطور كل شيء من المعقد إلى البسيط، فإن تطور التطور الأرضي يتحرك في الاتجاه المعاكس. ويرجع هذا التناقض إلى الديناميكا الحرارية للعمليات التي لا رجعة فيها. الاستهلاك من قبل الكائن الحي، إذا تم تصوره على أنه نظام ديناميكي حراري مفتوح، يحدث في أحجام أصغر مما يتم إخراجه منه.

تحتوي العناصر الغذائية على إنتروبيا أقل من المنتجات الإخراجية المنتجة منها.أي أن الكائن الحي على قيد الحياة لأنه يستطيع التخلص من هذا القدر من الفوضى التي تنتج فيه بسبب حدوث عمليات لا رجعة فيها. على سبيل المثال، يتم إخراج حوالي 170 جرامًا من الماء من الجسم عن طريق التبخر، أي. يعوض جسم الإنسان انخفاض الإنتروبيا عن طريق عمليات كيميائية وفيزيائية معينة.

الإنتروبيا هي مقياس معين للحالة الحرة للنظام. وكلما كان هذا النظام أكثر اكتمالا، قلت القيود التي يحتوي عليها هذا النظام، ولكن بشرط أن يتمتع بدرجات عديدة من الحرية. وتبين أن القيمة الصفرية لمقياس الفوضى هي معلومات كاملة، والقيمة القصوى هي الجهل المطلق.

إن حياتنا كلها عبارة عن إنتروبيا خالصة، لأن مقياس الفوضى يتجاوز في بعض الأحيان مقياس المنطق السليم. ربما لم يكن الوقت بعيدًا جدًا عندما نصل إلى القانون الثاني للديناميكا الحرارية، لأنه في بعض الأحيان يبدو أن تطور بعض الأشخاص، وحتى الدول بأكملها، قد تراجع بالفعل، أي من المعقد إلى البدائي.

الاستنتاجات

الإنتروبيا هي تسمية لوظيفة حالة النظام الفيزيائي، والتي تتم زيادتها بسبب إمداد الحرارة القابل للانعكاس (القابل للعكس) إلى النظام؛

كمية الطاقة الداخلية التي لا يمكن تحويلها إلى شغل ميكانيكي؛

يتم التحديد الدقيق للإنتروبيا من خلال الحسابات الرياضية، والتي يتم من خلالها تحديد معلمة الحالة المقابلة (الخاصية الديناميكية الحرارية) للطاقة المرتبطة لكل نظام. تتجلى الإنتروبيا بشكل أوضح في العمليات الديناميكية الحرارية، حيث تتميز العمليات بأنها قابلة للعكس ولا رجعة فيها، وفي الحالة الأولى تبقى الإنتروبيا دون تغيير، وفي الثانية تزداد باستمرار، وترجع هذه الزيادة إلى انخفاض الطاقة الميكانيكية.

وبالتالي، فإن جميع العمليات العديدة التي لا رجعة فيها والتي تحدث في الطبيعة تكون مصحوبة بانخفاض في الطاقة الميكانيكية، والذي يجب أن يؤدي في النهاية إلى التوقف، إلى "الموت الحراري". لكن هذا لا يمكن أن يحدث، لأنه من وجهة نظر علم الكونيات، من المستحيل استكمال المعرفة التجريبية لكامل "سلامة الكون"، والتي على أساسها يمكن لفكرتنا عن الإنتروبيا أن تجد تطبيقًا معقولاً. يعتقد اللاهوتيون المسيحيون أنه بناءً على الإنتروبيا، يمكن للمرء أن يستنتج أن العالم محدود ويستخدمه لإثبات "وجود الله". في علم التحكم الآلي، يتم استخدام كلمة "الإنتروبيا" بمعنى مختلف عن معناها المباشر، والذي لا يمكن استخلاصه رسميًا إلا من المفهوم الكلاسيكي؛ ويعني: متوسط ​​الامتلاء بالمعلومات؛ عدم الموثوقية فيما يتعلق بقيمة المعلومات "المتوقعة".

الإنتروبيا هي كلمة سمعها الكثيرون، لكن القليل منهم يفهمها. ومن الجدير بالاعتراف أنه من الصعب حقًا أن نفهم بشكل كامل الجوهر الكامل لهذه الظاهرة. ومع ذلك، لا ينبغي أن يخيفنا هذا. في الواقع، لا يمكننا تفسير الكثير مما يحيط بنا إلا بشكل سطحي. ونحن لا نتحدث عن تصور أو معرفة أي فرد معين. لا. نحن نتحدث عن كامل المعرفة العلمية التي تمتلكها البشرية.

هناك فجوات خطيرة ليس فقط في المعرفة على نطاق المجرة، على سبيل المثال، في الأسئلة المتعلقة بالثقوب الدودية، ولكن أيضًا في ما يحيط بنا طوال الوقت. على سبيل المثال، لا يزال هناك جدل حول الطبيعة الفيزيائية للضوء. من يستطيع كسر مفهوم الوقت؟ هناك العديد من الأسئلة المشابهة. ولكن في هذه المقالة سنتحدث على وجه التحديد عن الإنتروبيا. لسنوات عديدة، كان العلماء يكافحون مع مفهوم "الإنتروبيا". إن الكيمياء والفيزياء يسيران جنبا إلى جنب في دراسة هذا الأمر، وسنحاول معرفة ما أصبح معروفا في عصرنا.

- إدخال المفهوم في المجتمع العلمي

تم تقديم مفهوم الإنتروبيا لأول مرة بين المتخصصين من قبل عالم الرياضيات الألماني المتميز رودولف يوليوس إيمانويل كلاوسيوس. بعبارات بسيطة، قرر العالم معرفة أين تذهب الطاقة. بأى منطق؟ للتوضيح، لن ننتقل إلى العديد من التجارب والاستنتاجات المعقدة لعالم الرياضيات، لكننا سنأخذ مثالا أكثر دراية بنا من الحياة اليومية.

يجب أن تدرك جيدًا أنه عندما تقوم بشحن بطارية هاتف محمول، على سبيل المثال، فإن كمية الطاقة المتراكمة في البطاريات ستكون أقل مما يتم استلامه فعليًا من الشبكة. تحدث بعض الخسائر. وفي الحياة اليومية اعتدنا على ذلك. ولكن الحقيقة هي أن خسائر مماثلة تحدث في أنظمة مغلقة أخرى. لكن بالنسبة للفيزيائيين والرياضيين فإن هذا يشكل بالفعل مشكلة خطيرة. درس رودولف كلوسيوس هذه المسألة.

ونتيجة لذلك، استنتج حقيقة مثيرة للفضول. إذا قمنا مرة أخرى بإزالة المصطلحات المعقدة، فسوف نصل إلى حقيقة أن الإنتروبيا هي الفرق بين العملية المثالية والعملية الحقيقية.

تخيل أنك تملك متجرا. وحصلتم على 100 كيلو جرام من الجريب فروت للبيع بسعر 10 توغريك للكيلو جرام الواحد. من خلال وضع علامة قدرها 2 توغريك للكيلو، سوف تحصل على 1200 توغريك نتيجة البيع، وتعطي المبلغ المطلوب للمورد وتحتفظ بربح قدره مائتي توغريك.

لذا، كان هذا وصفًا للعملية المثالية. ويعلم أي تاجر أنه بحلول الوقت الذي يتم فيه بيع جميع ثمار الجريب فروت، ستكون قد تقلصت بنسبة 15 بالمائة. وسوف يتعفن 20 بالمائة تمامًا وسيتعين شطبها ببساطة. لكن هذه عملية حقيقية.

لذا، فإن مفهوم الإنتروبيا، الذي أدخله رودولف كلوسيوس في البيئة الرياضية، يُعرّف بأنه علاقة نظام تعتمد فيه الزيادة في الإنتروبيا على نسبة درجة حرارة النظام إلى قيمة الصفر المطلق. في الأساس، فهو يوضح قيمة الطاقة المهدرة (المهدرة).

مؤشر قياس الفوضى

يمكنك أيضًا أن تقول بدرجة معينة من الاقتناع أن الإنتروبيا هي مقياس للفوضى. وهذا هو، إذا كنت تأخذ غرفة تلميذ عادي كنموذج لنظام مغلق، فإن الزي المدرسي الذي لم يتم تخزينه سيميز بالفعل بعض الإنتروبيا. لكن أهميتها في هذه الحالة ستكون صغيرة. ولكن، بالإضافة إلى ذلك، إذا قمت بتناثر الألعاب، وجلبت الفشار من المطبخ (بطبيعة الحال، أسقطته قليلاً) وتركت جميع الكتب المدرسية في حالة من الفوضى على الطاولة، فإن إنتروبيا النظام (وفي هذه الحالة بالذات، هذه الغرفة) ستزداد بشكل حاد.

مسائل معقدة

إنتروبيا المادة هي عملية صعبة للغاية لوصفها. وقد ساهم العديد من العلماء خلال القرن الماضي في دراسة آلية عملها. علاوة على ذلك، فإن مفهوم الإنتروبيا يستخدم ليس فقط من قبل علماء الرياضيات والفيزياء. كما أن لديها مكانة مستحقة في الكيمياء. بل إن بعض الحرفيين يستخدمونه لشرح العمليات النفسية في العلاقات بين الناس. دعونا نتتبع الفرق في تركيبات الفيزيائيين الثلاثة. يكشف كل واحد منهم عن الإنتروبيا من منظور مختلف، وسيساعدنا مزيجهم في رسم صورة أكثر شمولية لأنفسنا.

بيان كلاوسيوس

إن عملية نقل الحرارة من جسم درجة حرارته أقل إلى جسم درجة حرارته أعلى هي عملية مستحيلة.

ليس من الصعب التحقق من هذه الفرضية. لن تتمكن أبدًا من تدفئة جرو صغير متجمد بأيدٍ باردة، على سبيل المثال، بغض النظر عن مدى رغبتك في مساعدته. لذلك، سيتعين عليك وضعه في حضنك، حيث تكون درجة الحرارة أعلى مما هي عليه في الوقت الحالي.

بيان طومسون

من المستحيل حدوث عملية تكون نتيجتها أداء شغل بسبب الحرارة المأخوذة من جسم معين.

وبعبارة بسيطة للغاية، هذا يعني أنه من المستحيل فيزيائيًا بناء آلة ذات حركة أبدية. إن إنتروبيا النظام المغلق لن تسمح بذلك.

بيان بولتزمان

لا يمكن للإنتروبيا أن تنخفض في الأنظمة المغلقة، أي في الأنظمة التي لا تتلقى إمدادات طاقة خارجية.

هزت هذه الصيغة إيمان العديد من أتباع نظرية التطور وجعلتهم يفكرون بجدية في وجود خالق ذكي في الكون. لماذا؟

لأنه افتراضيًا، في النظام المغلق، تزداد الإنتروبيا دائمًا. وهذا يعني أن الفوضى تزداد سوءا. ولا يمكن تخفيضه إلا من خلال إمدادات الطاقة الخارجية. ونحن نلاحظ هذا القانون كل يوم. إذا لم تعتني بحديقتك أو منزلك أو سيارتك وما إلى ذلك، فسوف تصبح ببساطة غير صالحة للاستعمال.

على المستوى الضخم، يعتبر كوننا أيضًا نظامًا مغلقًا. وقد توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أن وجودنا ذاته يجب أن يشير إلى أن هذا المصدر الخارجي للطاقة يأتي من مكان ما. لذلك، لا يفاجأ أحد اليوم بأن علماء الفيزياء الفلكية يؤمنون بالله.

سهم الزمن

مثال آخر ذكي جدًا للإنتروبيا يمكن تمثيله بسهم الزمن. وهذا يعني أن الإنتروبيا توضح الاتجاه الذي ستتحرك فيه العملية فيزيائيًا.

وبالفعل، فمن غير المرجح، بعد أن تعلمت عن إقالة البستاني، تتوقع أن تصبح المنطقة التي كان مسؤولا عنها أكثر دقة ومجهزة جيدا. على العكس تمامًا - إذا لم تقم بتعيين عامل آخر، فبعد مرور بعض الوقت، حتى أجمل حديقة سوف تصبح في حالة سيئة.

الانتروبيا في الكيمياء

في الانضباط الانتروبيا "الكيمياء" هو مؤشر مهم. وفي بعض الحالات، تؤثر قيمته على مسار التفاعلات الكيميائية.

من منا لم يشاهد لقطات من الأفلام الروائية، حيث كانت الشخصيات تحمل بحذر شديد حاويات تحتوي على النتروجليسرين، خوفًا من إثارة انفجار بحركة مفاجئة غير مبالية؟ وكان هذا بمثابة مساعدة بصرية لمبدأ الإنتروبيا في مادة كيميائية. فإذا وصل مؤشره إلى مستوى حرج، يبدأ رد فعل يؤدي إلى انفجار.

ترتيب الفوضى

غالبًا ما يُقال إن الإنتروبيا هي الرغبة في الفوضى. بشكل عام، كلمة "الإنتروبيا" تعني التحول أو الدوران. لقد قلنا بالفعل أنه يميز العمل. إنتروبيا الغاز مثيرة جدًا للاهتمام في هذا السياق. دعونا نحاول أن نتخيل كيف يحدث ذلك.

نأخذ نظامًا مغلقًا يتكون من حاويتين متصلتين، تحتوي كل منهما على غاز. كان الضغط في الحاويات، حتى يتم ربطها ببعضها البعض بشكل محكم، مختلفًا. تخيل ما حدث على المستوى الجزيئي عندما تم دمجهما.

هرع حشد الجزيئات، تحت ضغط أكبر، على الفور نحو إخوانهم الذين كانوا يعيشون في السابق بحرية تامة. وهكذا زادوا الضغط هناك. ويمكن تشبيه ذلك بصوت رش الماء في حوض الاستحمام. بعد أن ركضت إلى جانب واحد، يندفع على الفور إلى الآخر. وكذلك هي جزيئاتنا. وفي نظامنا، المعزول بشكل مثالي عن التأثيرات الخارجية، سوف يدفعون حتى يتم إنشاء توازن لا تشوبه شائبة في جميع أنحاء المجلد بأكمله. وهكذا، عندما يكون حول كل جزيء نفس المساحة تمامًا مثل الجزيء المجاور، فإن كل شيء سوف يهدأ. وسيكون هذا أعلى إنتروبيا في الكيمياء. سوف تتوقف المنعطفات والتحولات.

الانتروبيا القياسية

لا يتخلى العلماء أبدًا عن محاولة تنظيم وتصنيف حتى الفوضى. وبما أن قيمة الإنتروبيا تعتمد على العديد من الظروف المصاحبة، فقد تم تقديم مفهوم "الإنتروبيا القياسية". يتم تلخيص القيم في جداول خاصة بحيث يمكنك بسهولة إجراء العمليات الحسابية وحل المشكلات التطبيقية المختلفة.

افتراضيًا، يتم أخذ قيم الإنتروبيا القياسية بعين الاعتبار عند ضغط جوي واحد ودرجة حرارة 25 درجة مئوية. ومع ارتفاع درجة الحرارة، يزيد هذا الرقم أيضًا.

الرموز والشفرات

هناك أيضًا إنتروبيا المعلومات. وهو مصمم للمساعدة في تشفير الرسائل المشفرة. فيما يتعلق بالمعلومات، الإنتروبيا هي قيمة احتمالية التنبؤ بالمعلومات. وبعبارات بسيطة جدًا، هذا هو مدى سهولة فك التشفير الذي تم اعتراضه.

كيف تعمل؟ للوهلة الأولى، يبدو أنه بدون بعض البيانات الأولية على الأقل، من المستحيل فهم الرسالة المشفرة. ولكنه ليس كذلك. وهنا يأتي دور الاحتمال.

تخيل صفحة بها رسالة مشفرة. أنت تعلم أنه تم استخدام اللغة الروسية، لكن الرموز غير مألوفة تمامًا. من أين نبدأ؟ فكر: ما هو احتمال ظهور الحرف "e" في هذه الصفحة؟ واحتمال التعثر بحرف الـ "o"؟ أنت تفهم النظام. يتم حساب الأحرف التي تحدث في أغلب الأحيان (وعلى الأقل - وهذا أيضًا مؤشر مهم) ومقارنتها بميزات اللغة التي تم تكوين الرسالة بها.

بالإضافة إلى ذلك، هناك مجموعات حروف متكررة، وفي بعض اللغات، لا تتغير. تُستخدم هذه المعرفة أيضًا لفك التشفير. وبالمناسبة، هذه هي الطريقة التي استخدمها شيرلوك هولمز الشهير في قصة "الرجال الراقصون". تم كسر الرموز بنفس الطريقة في الفترة التي سبقت الحرب العالمية الثانية.

وتم تصميم إنتروبيا المعلومات لزيادة موثوقية التشفير. بفضل الصيغ المشتقة، يمكن لعلماء الرياضيات تحليل وتحسين الخيارات التي يقدمها المبرمجون.

اتصال بالمادة المظلمة

هناك عدد كبير من النظريات التي لا تزال في انتظار التأكيد. يربط أحدهما بين ظاهرة الإنتروبيا والظاهرة المكتشفة حديثًا نسبيًا، حيث يقول إن الطاقة المفقودة تتحول ببساطة إلى طاقة مظلمة. يعترف علماء الفلك أن 4% فقط من كوننا عبارة عن مادة معروفة. والـ 96 بالمائة المتبقية مشغولة بشيء غير مستكشف في الوقت الحالي - وهو الظلام.

لقد حصل على هذا الاسم لأنه لا يتفاعل مع الإشعاع الكهرومغناطيسي ولا ينبعث منه (مثل جميع الكائنات المعروفة سابقًا في الكون). لذلك، في هذه المرحلة من تطور العلم، لا يمكن دراسة المادة المظلمة وخصائصها.

الإنتروبيا (من اليونانية القديمة ἐντροπία "منعطف"، "تحول") هو مصطلح يستخدم على نطاق واسع في العلوم الطبيعية والعلوم الدقيقة. تم تقديمه لأول مرة في إطار الديناميكا الحرارية كدالة لحالة النظام الديناميكي الحراري، والذي يحدد مقياس تبديد الطاقة الذي لا رجعة فيه. في الفيزياء الإحصائية، تحدد الإنتروبيا احتمالية حدوث أي حالة مجهرية. بالإضافة إلى الفيزياء، يستخدم هذا المصطلح على نطاق واسع في الرياضيات: نظرية المعلومات والإحصاء الرياضي.

دخل هذا المفهوم العلم في القرن التاسع عشر. في البداية، كان قابلاً للتطبيق على نظرية المحركات الحرارية، لكنه سرعان ما ظهر في مجالات أخرى من الفيزياء، وخاصة في نظرية الإشعاع. وسرعان ما بدأ استخدام الإنتروبيا في علم الكونيات وعلم الأحياء ونظرية المعلومات. تميز مجالات المعرفة المختلفة أنواعًا مختلفة من مقاييس الفوضى:

• معلوماتية؛
• الديناميكا الحرارية.
• التفاضلي؛
• الثقافية، الخ.

على سبيل المثال، بالنسبة للأنظمة الجزيئية، هناك إنتروبيا بولتزمان، والتي تحدد مدى الفوضى والتجانس. لقد تمكن بولتزمان من إقامة علاقة بين مقياس الفوضى واحتمالية قيام الدولة. بالنسبة للديناميكا الحرارية، يعتبر هذا المفهوم مقياسًا لتبديد الطاقة الذي لا رجعة فيه. إنها وظيفة لحالة النظام الديناميكي الحراري. في النظام المعزول، تنمو الإنتروبيا إلى قيم قصوى، وتصبح في النهاية حالة من التوازن. تتضمن إنتروبيا المعلومات قدرًا من عدم اليقين أو عدم القدرة على التنبؤ.

يمكن تفسير الإنتروبيا على أنها مقياس لعدم اليقين (الاضطراب) في نظام ما، على سبيل المثال، بعض الخبرة (الاختبار)، والتي يمكن أن يكون لها نتائج مختلفة، وبالتالي كمية المعلومات. وبالتالي، فإن التفسير الآخر للإنتروبيا هو القدرة المعلوماتية للنظام. ويرتبط بهذا التفسير حقيقة أن مبتكر مفهوم الإنتروبيا في نظرية المعلومات (كلود شانون) أراد في البداية تسمية هذه الكمية بالمعلومات.

بالنسبة لعمليات (التوازن) العكسية، يتم تحقيق المساواة الرياضية التالية (نتيجة لما يسمى بمساواة كلاوسيوس)، حيث الحرارة الموردة، ودرجة الحرارة، وما هي الحالات، وهل الإنتروبيا المقابلة لهذه الحالات (هنا تعتبر عملية الانتقال من دولة إلى أخرى).

بالنسبة للعمليات التي لا رجعة فيها، فإن عدم المساواة يأتي من ما يسمى عدم المساواة كلاوسيوس، أين يتم توفير الحرارة، هي درجة الحرارة، وهي الحالات، وهو الإنتروبيا المقابلة لهذه الحالات.

ولذلك، فإن إنتروبيا النظام المعزول حراريًا (بدون إمداد أو إزالة الحرارة) يمكن أن تزيد فقط أثناء العمليات التي لا رجعة فيها.

باستخدام مفهوم الإنتروبيا، قدم كلاوسيوس (1876) الصيغة الأكثر عمومية للقانون الثاني للديناميكا الحرارية: في العمليات الأدياباتيكية الحقيقية (غير القابلة للانعكاس)، تزداد الإنتروبيا، وتصل إلى قيمة قصوى في حالة التوازن (القانون الثاني للديناميكا الحرارية ليس كذلك). مطلقة فإنها تنتهك أثناء التقلبات).

الإنتروبيا المطلقة (S) لمادة أو عمليةهو التغير في الطاقة المتاحة لنقل الحرارة عند درجة حرارة معينة (Btu/R، J/K). رياضيًا، الإنتروبيا تساوي انتقال الحرارة مقسومًا على درجة الحرارة المطلقة التي تحدث عندها العملية. وبالتالي، فإن عمليات نقل كميات كبيرة من الحرارة تزيد من الإنتروبيا بشكل أكبر. كما أن تغيرات الإنتروبيا ستزداد عندما تنتقل الحرارة عند درجات حرارة منخفضة. وبما أن الإنتروبيا المطلقة تتعلق بصلاحية كل الطاقة في الكون، فإن درجة الحرارة تقاس عادة بالوحدات المطلقة (R، K).

الانتروبيا المحددة(S) يتم قياسه بالنسبة إلى وحدة كتلة المادة. غالبًا ما يتم إعطاء وحدات درجة الحرارة المستخدمة في حساب اختلافات الإنتروبيا في الحالات بوحدات درجة الحرارة بالدرجات فهرنهايت أو مئوية. وبما أن الاختلافات في الدرجات بين مقياس فهرنهايت ورانكين أو مقياس مئوية وكلفن متساوية، فإن حل هذه المعادلات سيكون صحيحًا بغض النظر عما إذا كان يتم التعبير عن الإنتروبيا بالوحدات المطلقة أو التقليدية. الإنتروبيا لها نفس درجة الحرارة المعطاة مثل المحتوى الحراري المحدد لمادة معينة.

لتلخيص ذلك: تزداد الإنتروبيا، وبالتالي، مع أي من أفعالنا فإننا نزيد الفوضى.

مجرد شيء معقد

الإنتروبيا هي مقياس للاضطراب (وسمة من سمات الحالة). بصريًا، كلما تم توزيع الأشياء بشكل متساوٍ في مساحة معينة، زادت الإنتروبيا. إذا كان السكر موجودًا في كوب من الشاي على شكل قطعة، فإن إنتروبيا هذه الحالة تكون صغيرة، وإذا تم إذابته وتوزيعه على كامل الحجم، فهو مرتفع. يمكن قياس الاضطراب، على سبيل المثال، عن طريق حساب عدد الطرق التي يمكن بها ترتيب الأشياء في مساحة معينة (عندئذ يتناسب الإنتروبيا مع لوغاريتم عدد التخطيطات). إذا تم طي جميع الجوارب بشكل مضغوط للغاية في كومة واحدة على الرف في الخزانة، فإن عدد خيارات التخطيط صغير وينخفض ​​فقط إلى عدد إعادة ترتيب الجوارب في الكومة. إذا كان من الممكن وضع الجوارب في أي مكان في الغرفة، فهناك عدد لا يمكن تصوره من الطرق لوضعها، وهذه التخطيطات لا تتكرر طوال حياتنا، تمامًا مثل أشكال رقاقات الثلج. إن إنتروبيا حالة "الجوارب المتناثرة" هائلة.

ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن الإنتروبيا لا يمكن أن تنخفض تلقائيًا في نظام مغلق (عادةً ما تزداد). وتحت تأثيره يتبدد الدخان ويذوب السكر وتتفتت الحجارة والجوارب بمرور الوقت. ويمكن تفسير هذا الاتجاه ببساطة: الأشياء تتحرك (تتحرك بواسطتنا أو بقوى الطبيعة) عادة تحت تأثير نبضات عشوائية ليس لها هدف مشترك. إذا كانت الدوافع عشوائية، فإن كل شيء سينتقل من النظام إلى الفوضى، لأن هناك دائمًا طرقًا أكثر لتحقيق الفوضى. تخيل رقعة الشطرنج: يمكن للملك أن يخرج من الزاوية بثلاث طرق، كل المسارات الممكنة له تؤدي من الزاوية، ويعود إلى الزاوية من كل خلية مجاورة بطريقة واحدة فقط، وستكون هذه الحركة واحدة فقط من 5 أو 8 التحركات الممكنة. إذا حرمته من هدف وسمحت له بالتحرك بشكل عشوائي، فمن المرجح في النهاية أن ينتهي به الأمر في أي مكان على رقعة الشطرنج، وستصبح الإنتروبيا أعلى.

في الغاز أو السائل، يتم لعب دور هذه القوة الفوضوية من خلال الحركة الحرارية، في غرفتك - من خلال رغباتك اللحظية في الذهاب إلى هنا، أو الاستلقاء، أو العمل، وما إلى ذلك. لا يهم ما هي هذه الرغبات، الشيء الرئيسي هو أنها ليست مرتبطة بالتنظيف ولا ترتبط ببعضها البعض. لتقليل الإنتروبيا، تحتاج إلى تعريض النظام للمؤثرات الخارجية والقيام بالعمل عليه. على سبيل المثال، وفقًا للقانون الثاني، ستزداد الإنتروبيا في الغرفة بشكل مستمر حتى تأتي والدتك وتطلب منك الترتيب قليلاً. إن الحاجة إلى بذل شغل تعني أيضًا أن أي نظام سيقاوم تقليل الإنتروبيا وإنشاء النظام. إنها نفس القصة في الكون، الإنتروبيا بدأت تتزايد مع الانفجار الكبير، وستستمر في النمو حتى تأتي أمي.

مقياس الفوضى في الكون

لا يمكن تطبيق النسخة الكلاسيكية لحساب الإنتروبيا على الكون، لأن قوى الجاذبية تنشط فيه، ولا يمكن للمادة نفسها أن تشكل نظامًا مغلقًا. في الواقع، بالنسبة للكون فهو مقياس للفوضى.

يعتبر المصدر الرئيسي والأكبر للاضطراب الذي لوحظ في عالمنا هو التكوينات الضخمة المعروفة - الثقوب السوداء الضخمة والفائقة الكتلة.

لا يمكن حتى الآن وصف محاولات حساب قيمة مقياس الفوضى بدقة بأنها ناجحة، على الرغم من حدوثها باستمرار. لكن جميع تقديرات إنتروبيا الكون لها تشتت كبير في القيم التي تم الحصول عليها - من واحد إلى ثلاثة أوامر من حيث الحجم. وهذا لا يرجع فقط إلى نقص المعرفة. هناك نقص في المعلومات حول التأثير على الحسابات ليس فقط لجميع الأجرام السماوية المعروفة، ولكن أيضًا للطاقة المظلمة. لا تزال دراسة خصائصه ومميزاته في بداياتها، لكن تأثيرها يمكن أن يكون حاسما. إن مقياس الفوضى في الكون يتغير طوال الوقت.يقوم العلماء باستمرار بإجراء دراسات معينة حتى يتمكنوا من تحديد الأنماط العامة. عندها سيكون من الممكن إجراء تنبؤات دقيقة إلى حد ما بوجود أجسام فضائية مختلفة.

الموت الحراري للكون

أي نظام ديناميكي حراري مغلق له حالة نهائية. الكون أيضا ليس استثناء. عندما يتوقف التبادل الموجه لجميع أنواع الطاقة، فإنها ستولد من جديد في طاقة حرارية. سيدخل النظام في حالة الموت الحراري إذا وصلت الإنتروبيا الديناميكية الحرارية إلى أعلى قيمة. الاستنتاج حول هذه النهاية لعالمنا صاغه ر. كلوزيوس في عام 1865. واتخذ القانون الثاني للديناميكا الحرارية كأساس له. ووفقا لهذا القانون فإن النظام الذي لا يتبادل الطاقات مع الأنظمة الأخرى سيسعى إلى حالة التوازن. وقد يكون لها معلمات مميزة للموت الحراري للكون. لكن كلوزيوس لم يأخذ في الاعتبار تأثير الجاذبية. وهذا يعني أنه بالنسبة للكون، على عكس نظام الغاز المثالي، حيث يتم توزيع الجسيمات بشكل موحد في بعض الحجم، فإن توحيد الجسيمات لا يمكن أن يتوافق مع أكبر قيمة للإنتروبيا. ومع ذلك، ليس من الواضح تمامًا ما إذا كانت الإنتروبيا مقياسًا مقبولًا للفوضى أو موت الكون؟

الانتروبيا في حياتنا

في تحد للقانون الثاني للديناميكا الحرارية، والذي بموجب أحكامه يجب أن يتطور كل شيء من المعقد إلى البسيط، فإن تطور التطور الأرضي يتحرك في الاتجاه المعاكس. ويرجع هذا التناقض إلى الديناميكا الحرارية للعمليات التي لا رجعة فيها. الاستهلاك من قبل الكائن الحي، إذا تم تصوره على أنه نظام ديناميكي حراري مفتوح، يحدث في أحجام أصغر مما يتم إخراجه منه.

تحتوي العناصر الغذائية على إنتروبيا أقل من المنتجات الإخراجية المنتجة منها.أي أن الكائن الحي على قيد الحياة لأنه يستطيع التخلص من هذا القدر من الفوضى التي تنتج فيه بسبب حدوث عمليات لا رجعة فيها. على سبيل المثال، يتم إخراج حوالي 170 جرامًا من الماء من الجسم عن طريق التبخر، أي. يعوض جسم الإنسان انخفاض الإنتروبيا عن طريق عمليات كيميائية وفيزيائية معينة.

الإنتروبيا هي مقياس معين للحالة الحرة للنظام. وكلما كان هذا النظام أكثر اكتمالا، قلت القيود التي يحتوي عليها هذا النظام، ولكن بشرط أن يتمتع بدرجات عديدة من الحرية. وتبين أن القيمة الصفرية لمقياس الفوضى هي معلومات كاملة، والقيمة القصوى هي الجهل المطلق.

إن حياتنا كلها عبارة عن إنتروبيا خالصة، لأن مقياس الفوضى يتجاوز في بعض الأحيان مقياس المنطق السليم. ربما لم يكن الوقت بعيدًا جدًا عندما نصل إلى القانون الثاني للديناميكا الحرارية، لأنه في بعض الأحيان يبدو أن تطور بعض الأشخاص، وحتى الدول بأكملها، قد تراجع بالفعل، أي من المعقد إلى البدائي.

الاستنتاجات

الإنتروبيا هي تسمية لوظيفة حالة النظام الفيزيائي، والتي تتم زيادتها بسبب إمداد الحرارة القابل للانعكاس (القابل للعكس) إلى النظام؛

كمية الطاقة الداخلية التي لا يمكن تحويلها إلى شغل ميكانيكي؛

يتم التحديد الدقيق للإنتروبيا من خلال الحسابات الرياضية، والتي يتم من خلالها تحديد معلمة الحالة المقابلة (الخاصية الديناميكية الحرارية) للطاقة المرتبطة لكل نظام. تتجلى الإنتروبيا بشكل أوضح في العمليات الديناميكية الحرارية، حيث تتميز العمليات بأنها قابلة للعكس ولا رجعة فيها، وفي الحالة الأولى تبقى الإنتروبيا دون تغيير، وفي الثانية تزداد باستمرار، وترجع هذه الزيادة إلى انخفاض الطاقة الميكانيكية.

وبالتالي، فإن جميع العمليات العديدة التي لا رجعة فيها والتي تحدث في الطبيعة تكون مصحوبة بانخفاض في الطاقة الميكانيكية، والذي يجب أن يؤدي في النهاية إلى التوقف، إلى "الموت الحراري". لكن هذا لا يمكن أن يحدث، لأنه من وجهة نظر علم الكونيات، من المستحيل استكمال المعرفة التجريبية لكامل "سلامة الكون"، والتي على أساسها يمكن لفكرتنا عن الإنتروبيا أن تجد تطبيقًا معقولاً. يعتقد اللاهوتيون المسيحيون أنه بناءً على الإنتروبيا، يمكن للمرء أن يستنتج أن العالم محدود ويستخدمه لإثبات "وجود الله". في علم التحكم الآلي، يتم استخدام كلمة "الإنتروبيا" بمعنى مختلف عن معناها المباشر، والذي لا يمكن استخلاصه رسميًا إلا من المفهوم الكلاسيكي؛ ويعني: متوسط ​​الامتلاء بالمعلومات؛ عدم الموثوقية فيما يتعلق بقيمة المعلومات "المتوقعة".