एन्ट्रापी क्या है? एन्ट्रॉपी क्या है और इससे कैसे निपटें? एन्ट्रॉपी शब्द का क्या अर्थ है?

  • एन्ट्रॉपी (प्राचीन ग्रीक ἐντροπία से "टर्न", "परिवर्तन") एक शब्द है जिसका व्यापक रूप से प्राकृतिक और सटीक विज्ञान में उपयोग किया जाता है। इसे पहली बार थर्मोडायनामिक्स के ढांचे के भीतर थर्मोडायनामिक प्रणाली की स्थिति के एक फ़ंक्शन के रूप में पेश किया गया था, जो अपरिवर्तनीय ऊर्जा अपव्यय का माप निर्धारित करता है। सांख्यिकीय भौतिकी में, एन्ट्रापी किसी भी स्थूल अवस्था के घटित होने की संभावना को दर्शाती है। भौतिकी के अलावा, इस शब्द का व्यापक रूप से गणित में उपयोग किया जाता है: सूचना सिद्धांत और गणितीय सांख्यिकी।

    एन्ट्रॉपी की व्याख्या किसी प्रणाली की अनिश्चितता (विकार) के माप के रूप में की जा सकती है, उदाहरण के लिए, कुछ अनुभव (परीक्षण), जिसके अलग-अलग परिणाम हो सकते हैं, और इसलिए जानकारी की मात्रा। इस प्रकार, एन्ट्रापी की एक और व्याख्या प्रणाली की सूचना क्षमता है। इस व्याख्या के साथ यह तथ्य जुड़ा है कि सूचना सिद्धांत में एन्ट्रापी की अवधारणा के निर्माता (क्लाउड शैनन) शुरू में इस मात्रा को सूचना कहना चाहते थे।

    सूचना एन्ट्रापी की अवधारणा का उपयोग सूचना सिद्धांत और गणितीय सांख्यिकी और सांख्यिकीय भौतिकी (गिब्स एन्ट्रापी और इसका सरलीकृत संस्करण - बोल्ट्जमैन एन्ट्रापी) दोनों में किया जाता है। सूचना एन्ट्रापी का गणितीय अर्थ सिस्टम की उपलब्ध अवस्थाओं की संख्या का लघुगणक है (लघुगणक का आधार भिन्न हो सकता है; यह एन्ट्रापी की माप की इकाई निर्धारित करता है)। राज्यों की संख्या का यह कार्य स्वतंत्र प्रणालियों के लिए एन्ट्रापी एडिटिविटी की संपत्ति सुनिश्चित करता है। इसके अलावा, यदि राज्य उपलब्धता की डिग्री में भिन्न हैं (यानी, वे समान रूप से संभावित नहीं हैं), तो सिस्टम के राज्यों की संख्या को उनकी प्रभावी संख्या के रूप में समझा जाना चाहिए, जो निम्नानुसार निर्धारित की जाती है। मान लीजिए कि सिस्टम की स्थितियाँ समान रूप से संभावित हैं और एक संभावना है

    (\डिस्प्लेस्टाइल पी)

    फिर राज्यों की संख्या

    (\डिस्प्लेस्टाइल एन=1/पी)

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

    राज्यों की विभिन्न संभावनाओं के मामले में

    (\displaystyle p_(i))

    आइए भारित औसत पर विचार करें

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

    (\डिस्प्लेस्टाइल (\ओवरलाइन (एन)))

    राज्यों की प्रभावी संख्या. यह व्याख्या सीधे तौर पर शैनन की सूचना एन्ट्रापी की अभिव्यक्ति को दर्शाती है

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

    एक समान व्याख्या रेनी एन्ट्रॉपी के लिए भी मान्य है, जो सूचना एन्ट्रॉपी की अवधारणा के सामान्यीकरणों में से एक है, लेकिन इस मामले में सिस्टम के राज्यों की प्रभावी संख्या को अलग-अलग परिभाषित किया गया है (यह दिखाया जा सकता है कि रेनी एन्ट्रॉपी से मेल खाती है राज्यों की प्रभावी संख्या, पैरामीटर के साथ शक्ति-कानून भारित औसत के रूप में परिभाषित की गई है

    (\displaystyle q\leq 1)

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    एन्ट्रॉपी की व्याख्या किसी प्रणाली की अनिश्चितता (विकार) के माप के रूप में की जा सकती है, उदाहरण के लिए, कुछ अनुभव (परीक्षण), जिसके अलग-अलग परिणाम हो सकते हैं, और इसलिए जानकारी की मात्रा। इस प्रकार, एन्ट्रापी की एक और व्याख्या प्रणाली की सूचना क्षमता है। इस व्याख्या के साथ यह तथ्य जुड़ा है कि सूचना सिद्धांत में एन्ट्रापी की अवधारणा के निर्माता (क्लाउड शैनन) सबसे पहले इस मात्रा को कॉल करना चाहते थे जानकारी.

    एच = लॉग ⁡ एन ¯ = − ∑ आई = 1 एन पी आई लॉग ⁡ पी आई। (\displaystyle H=\log (\overline (N))=-\sum _(i=1)^(N)p_(i)\log p_(i).)

    एक समान व्याख्या रेनी एन्ट्रॉपी के लिए भी मान्य है, जो अवधारणा सूचना एन्ट्रॉपी के सामान्यीकरणों में से एक है, लेकिन इस मामले में सिस्टम के राज्यों की प्रभावी संख्या को अलग-अलग परिभाषित किया गया है (यह दिखाया जा सकता है कि रेनी एन्ट्रॉपी प्रभावी से मेल खाती है राज्यों की संख्या, पैरामीटर के साथ शक्ति-कानून भारित औसत के रूप में परिभाषित की गई है q ≤ 1 (\displaystyle q\leq 1)मूल्यों से 1 / p i (\displaystyle 1/p_(i))) .

    यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि भारित औसत के आधार पर शैनन के सूत्र की व्याख्या इसका औचित्य नहीं है। इस सूत्र की एक कठोर व्युत्पत्ति एसिम्प्टोटिक स्टर्लिंग सूत्र का उपयोग करके संयोजन संबंधी विचारों से प्राप्त की जा सकती है और इस तथ्य में निहित है कि लघुगणक लेने और सामान्यीकरण के बाद वितरण की संयोजनात्मकता (अर्थात्, इसे प्राप्त करने के तरीकों की संख्या) सीमा शैनन द्वारा प्रस्तावित फॉर्म में एन्ट्रापी के लिए अभिव्यक्ति के साथ मेल खाती है।

    जिस व्यापक अर्थ में यह शब्द अक्सर रोजमर्रा की जिंदगी में उपयोग किया जाता है, एन्ट्रॉपी का अर्थ है किसी प्रणाली की अव्यवस्था या अराजकता का माप: सिस्टम के तत्व जितने कम किसी भी आदेश के अधीन होंगे, एन्ट्रॉपी उतनी ही अधिक होगी।

    1 . प्रत्येक में कोई न कोई व्यवस्था निवास करें एन (\डिस्प्लेस्टाइल एन)संभाव्यता के साथ उपलब्ध अवस्थाएँ पी आई (\डिस्प्लेस्टाइल पी_(आई)), कहाँ मैं = 1, . . . , एन (\displaystyle i=1,...,N). एन्ट्रापी एच (\डिस्प्लेस्टाइल एच)केवल संभावनाओं का एक कार्य है पी = (पी 1 , . . . , पी एन) (\displaystyle P=(p_(1),...,p_(N))): एच = एच (पी) (\displaystyle एच=एच(पी)). 2 . किसी भी सिस्टम के लिए पी (\डिस्प्लेस्टाइल पी)गोरा H (P) ≤ H (P u n i f) (\displaystyle H(P)\leq H(P_(unif))), कहाँ पी यू एन आई एफ (\displaystyle P_(unif))- समान संभाव्यता वितरण वाली प्रणाली: पी 1 = पी 2 = . . . = पी एन = 1 / एन (\displaystyle पी_(1)=पी_(2)=...=पी_(एन)=1/एन). 3 . यदि आप सिस्टम में कोई राज्य जोड़ते हैं पी एन + 1 = 0 (\displaystyle पी_(एन+1)=0), तो सिस्टम की एन्ट्रापी नहीं बदलेगी। 4 . दो प्रणालियों के एक सेट की एन्ट्रॉपी पी (\डिस्प्लेस्टाइल पी)और क्यू (\डिस्प्लेस्टाइल क्यू)की तरह लगता है एच (पी क्यू) = एच (पी) + एच (क्यू / पी) (\displaystyle एच(पीक्यू)=एच(पी)+एच(क्यू/पी)), कहाँ एच (क्यू/पी) (\displaystyle एच(क्यू/पी))- पहनावा औसत पी (\डिस्प्लेस्टाइल पी)सशर्त एन्ट्रापी क्यू (\डिस्प्लेस्टाइल क्यू).

    स्वयंसिद्धों का यह सेट स्पष्ट रूप से शैनन एन्ट्रापी के सूत्र की ओर ले जाता है।

    विभिन्न विषयों में उपयोग

    • थर्मोडायनामिक एन्ट्रॉपी एक थर्मोडायनामिक फ़ंक्शन है जो इसमें अपरिवर्तनीय ऊर्जा अपव्यय के माप को दर्शाता है।
    • सांख्यिकीय भौतिकी में, यह सिस्टम की एक निश्चित मैक्रोस्कोपिक स्थिति की घटना की संभावना को दर्शाता है।
    • गणितीय आँकड़ों में, संभाव्यता वितरण की अनिश्चितता का एक माप।
    • सूचना एन्ट्रापी सूचना सिद्धांत में संदेशों के स्रोत में अनिश्चितता का एक माप है, जो उनके प्रसारण के दौरान कुछ प्रतीकों की उपस्थिति की संभावनाओं से निर्धारित होती है।
    • एक गतिशील प्रणाली की एन्ट्रॉपी गतिशील प्रणालियों के सिद्धांत में सिस्टम प्रक्षेप पथ के व्यवहार में अराजकता का एक उपाय है।
    • विभेदक एन्ट्रापी निरंतर वितरण के लिए एन्ट्रापी की अवधारणा का एक औपचारिक सामान्यीकरण है।
    • परावर्तन एन्ट्रापी एक अलग प्रणाली के बारे में जानकारी का हिस्सा है जिसे तब पुन: प्रस्तुत नहीं किया जाता है जब सिस्टम अपने भागों की समग्रता के माध्यम से प्रतिबिंबित होता है।
    • नियंत्रण सिद्धांत में एन्ट्रॉपी, दी गई परिस्थितियों में किसी प्रणाली की स्थिति या व्यवहार की अनिश्चितता का एक माप है।

    ऊष्मप्रवैगिकी में

    एन्ट्रॉपी की अवधारणा को पहली बार 1865 में थर्मोडायनामिक्स में क्लाउसियस द्वारा अपरिवर्तनीय ऊर्जा अपव्यय के माप को परिभाषित करने के लिए पेश किया गया था, जो एक आदर्श प्रक्रिया से वास्तविक प्रक्रिया के विचलन का एक माप है। कम ऊष्मा के योग के रूप में परिभाषित, यह अवस्था का एक कार्य है और बंद प्रतिवर्ती प्रक्रियाओं में स्थिर रहता है, जबकि अपरिवर्तनीय प्रक्रियाओं में इसका परिवर्तन हमेशा सकारात्मक होता है।

    गणितीय रूप से, एन्ट्रॉपी को सिस्टम की स्थिति के एक फ़ंक्शन के रूप में परिभाषित किया गया है, जो एक मनमाना स्थिरांक तक निर्धारित होता है। परिभाषा के अनुसार, दो संतुलन अवस्थाओं 1 और 2 में एन्ट्रॉपी का अंतर, ऊष्मा की कम मात्रा के बराबर है ( δ Q / T (\displaystyle \डेल्टा Q/T)), जिसे किसी भी अर्ध-स्थैतिक पथ के साथ राज्य 1 से राज्य 2 में स्थानांतरित करने के लिए सिस्टम को सूचित किया जाना चाहिए:

    Δ S 1 → 2 = S 2 - S 1 = ∫ 1 → 2 δ Q T (\displaystyle \Delta S_(1\to 2)=S_(2)-S_(1)=\int \limits _(1\to 2)(\frac (\delta Q)(T))). (1)

    चूँकि एन्ट्रापी एक मनमाना स्थिरांक तक निर्धारित होती है, हम सशर्त रूप से अवस्था 1 को प्रारंभिक अवस्था के रूप में ले सकते हैं और डाल सकते हैं एस 1 = 0 (\displaystyle एस_(1)=0). तब

    S = ∫ δ Q T (\displaystyle S=\int (\frac (\delta Q)(T))), (2.)

    यहां अभिन्न को एक मनमाना अर्धस्थैतिक प्रक्रिया के लिए लिया गया है। फ़ंक्शन अंतर एस (\डिस्प्लेस्टाइल एस)की तरह लगता है

    d S = δ Q T (\displaystyle dS=(\frac (\delta Q)(T))). (3)

    एन्ट्रॉपी मैक्रो- और माइक्रो-स्टेट्स के बीच संबंध स्थापित करती है। इस विशेषता की ख़ासियत यह है कि यह भौतिकी में एकमात्र कार्य है जो प्रक्रियाओं की दिशा दिखाता है। चूँकि एन्ट्रापी अवस्था का एक कार्य है, यह इस पर निर्भर नहीं करता है कि सिस्टम की एक अवस्था से दूसरी अवस्था में संक्रमण कैसे होता है, बल्कि यह केवल सिस्टम की प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाओं द्वारा निर्धारित होता है।

    एन्ट्रॉपी (प्राचीन ग्रीक ἐντροπία से "टर्न", "परिवर्तन") एक शब्द है जिसका व्यापक रूप से प्राकृतिक और सटीक विज्ञान में उपयोग किया जाता है। इसे पहली बार थर्मोडायनामिक्स के ढांचे के भीतर थर्मोडायनामिक प्रणाली की स्थिति के एक फ़ंक्शन के रूप में पेश किया गया था, जो अपरिवर्तनीय ऊर्जा अपव्यय का माप निर्धारित करता है। सांख्यिकीय भौतिकी में, एन्ट्रापी किसी भी स्थूल अवस्था के घटित होने की संभावना को दर्शाती है। भौतिकी के अलावा, इस शब्द का व्यापक रूप से गणित में उपयोग किया जाता है: सूचना सिद्धांत और गणितीय सांख्यिकी।

    यह अवधारणा 19वीं शताब्दी में विज्ञान में प्रवेश कर गई। प्रारंभ में, यह ऊष्मा इंजनों के सिद्धांत पर लागू था, लेकिन जल्दी ही भौतिकी के अन्य क्षेत्रों में, विशेषकर विकिरण के सिद्धांत में प्रकट हुआ। बहुत जल्द एन्ट्रापी का उपयोग ब्रह्माण्ड विज्ञान, जीव विज्ञान और सूचना सिद्धांत में किया जाने लगा। ज्ञान के विभिन्न क्षेत्र विभिन्न प्रकार के अराजकता उपायों को अलग करते हैं:

    • सूचनात्मक;
    • थर्मोडायनामिक;
    • अंतर;
    • सांस्कृतिक, आदि

    उदाहरण के लिए, आणविक प्रणालियों के लिए बोल्ट्ज़मैन एन्ट्रॉपी है, जो उनकी अराजकता और एकरूपता का माप निर्धारित करती है। बोल्ट्ज़मैन अराजकता की माप और राज्य की संभावना के बीच संबंध स्थापित करने में सक्षम थे। थर्मोडायनामिक्स के लिए, इस अवधारणा को अपरिवर्तनीय ऊर्जा अपव्यय का माप माना जाता है। यह थर्मोडायनामिक प्रणाली की स्थिति का एक कार्य है। एक पृथक प्रणाली में, एन्ट्रापी अधिकतम मूल्यों तक बढ़ती है, और वे अंततः संतुलन की स्थिति बन जाती हैं। सूचना एन्ट्रापी का तात्पर्य अनिश्चितता या अप्रत्याशितता के कुछ माप से है।

    एन्ट्रॉपी की व्याख्या किसी प्रणाली की अनिश्चितता (विकार) के माप के रूप में की जा सकती है, उदाहरण के लिए, कुछ अनुभव (परीक्षण), जिसके अलग-अलग परिणाम हो सकते हैं, और इसलिए जानकारी की मात्रा। इस प्रकार, एन्ट्रापी की एक और व्याख्या प्रणाली की सूचना क्षमता है। इस व्याख्या के साथ यह तथ्य जुड़ा है कि सूचना सिद्धांत में एन्ट्रापी की अवधारणा के निर्माता (क्लाउड शैनन) शुरू में इस मात्रा को सूचना कहना चाहते थे।

    प्रतिवर्ती (संतुलन) प्रक्रियाओं के लिए, निम्नलिखित गणितीय समानता संतुष्ट है (तथाकथित क्लॉसियस समानता का परिणाम), जहां आपूर्ति की गई गर्मी है, तापमान है, और राज्य हैं, और इन राज्यों के अनुरूप एन्ट्रापी है (यहां) एक राज्य से दूसरे राज्य में संक्रमण की प्रक्रिया पर विचार किया जाता है)।

    अपरिवर्तनीय प्रक्रियाओं के लिए, असमानता तथाकथित क्लॉसियस असमानता से होती है, जहां आपूर्ति की गई गर्मी है, तापमान है, और राज्य हैं, और इन राज्यों के अनुरूप एन्ट्रापी है।

    इसलिए, रुद्धोष्म रूप से पृथक (कोई ताप आपूर्ति या निष्कासन नहीं) प्रणाली की एन्ट्रापी केवल अपरिवर्तनीय प्रक्रियाओं के दौरान ही बढ़ सकती है।

    एन्ट्रॉपी की अवधारणा का उपयोग करते हुए, क्लॉसियस (1876) ने थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम का सबसे सामान्य सूत्रीकरण दिया: वास्तविक (अपरिवर्तनीय) एडियाबेटिक प्रक्रियाओं में, एन्ट्रॉपी बढ़ती है, संतुलन की स्थिति में अधिकतम मूल्य तक पहुंचती है (थर्मोडायनामिक्स का दूसरा नियम नहीं है) निरपेक्ष, उतार-चढ़ाव के दौरान इसका उल्लंघन होता है)।

    किसी पदार्थ या प्रक्रिया की पूर्ण एन्ट्रॉपी (एस)।किसी दिए गए तापमान (बीटीयू/आर, जे/के) पर गर्मी हस्तांतरण के लिए उपलब्ध ऊर्जा में परिवर्तन है। गणितीय रूप से, एन्ट्रापी गर्मी हस्तांतरण को उस पूर्ण तापमान से विभाजित करने के बराबर होती है जिस पर प्रक्रिया होती है। परिणामस्वरूप, बड़ी मात्रा में ऊष्मा स्थानांतरित करने की प्रक्रियाएँ एन्ट्रापी को और अधिक बढ़ा देती हैं। इसके अलावा, जब गर्मी कम तापमान पर स्थानांतरित होती है तो एन्ट्रापी परिवर्तन बढ़ जाएगा। चूंकि पूर्ण एन्ट्रापी ब्रह्मांड में सभी ऊर्जा की उपयुक्तता से संबंधित है, तापमान आमतौर पर पूर्ण इकाइयों (आर, के) में मापा जाता है।

    विशिष्ट एन्ट्रापी(S) को किसी पदार्थ के इकाई द्रव्यमान के सापेक्ष मापा जाता है। तापमान इकाइयाँ जिनका उपयोग राज्यों के एन्ट्रापी अंतर की गणना में किया जाता है, अक्सर तापमान इकाइयों को डिग्री फ़ारेनहाइट या सेल्सियस में दिया जाता है। चूँकि फ़ारेनहाइट और रैंकिन या सेल्सियस और केल्विन पैमानों के बीच डिग्री में अंतर बराबर है, ऐसे समीकरणों का समाधान सही होगा चाहे एन्ट्रापी पूर्ण या पारंपरिक इकाइयों में व्यक्त की गई हो। एन्ट्रॉपी का तापमान किसी निश्चित पदार्थ की दी गई एन्थैल्पी के समान होता है।

    संक्षेप में कहें तो: एन्ट्रापी बढ़ती है, इसलिए, हमारे किसी भी कार्य से हम अराजकता बढ़ाते हैं।

    बस कुछ जटिल है

    एन्ट्रॉपी विकार का एक माप है (और राज्य की एक विशेषता)। दृष्टिगत रूप से, एक निश्चित स्थान पर चीजें जितनी अधिक समान रूप से वितरित की जाती हैं, एन्ट्रापी उतनी ही अधिक होती है। यदि चीनी एक टुकड़े के रूप में चाय के गिलास में होती है, तो इस अवस्था की एन्ट्रापी छोटी होती है, यदि इसे पूरी मात्रा में घोलकर वितरित किया जाता है, तो यह अधिक होती है। अव्यवस्था को मापा जा सकता है, उदाहरण के लिए, यह गिनकर कि किसी दिए गए स्थान में वस्तुओं को कितने तरीकों से व्यवस्थित किया जा सकता है (तब एन्ट्रापी लेआउट की संख्या के लघुगणक के समानुपाती होती है)। यदि सभी मोज़ों को कोठरी में एक शेल्फ पर एक ढेर में बेहद कॉम्पैक्ट रूप से मोड़ा जाता है, तो लेआउट विकल्पों की संख्या छोटी होती है और केवल ढेर में मोज़ों की पुनर्व्यवस्था की संख्या तक ही सीमित होती है। यदि मोज़े कमरे में किसी भी स्थान पर हो सकते हैं, तो उन्हें बिछाने के तरीकों की एक अकल्पनीय संख्या है, और ये लेआउट बर्फ के टुकड़ों के आकार की तरह, हमारे जीवन भर दोहराए नहीं जाते हैं। "बिखरे हुए मोज़े" राज्य की एन्ट्रापी बहुत बड़ी है।

    थर्मोडायनामिक्स का दूसरा नियम कहता है कि किसी बंद प्रणाली में एन्ट्रापी अनायास कम नहीं हो सकती (आमतौर पर यह बढ़ जाती है)। इसके प्रभाव से धुंआ उड़ जाता है, चीनी घुल जाती है, पत्थर और मोज़े समय के साथ उखड़ जाते हैं। इस प्रवृत्ति की एक सरल व्याख्या है: चीजें आमतौर पर यादृच्छिक आवेगों के प्रभाव में चलती हैं (हमारे द्वारा या प्रकृति की शक्तियों द्वारा संचालित होती हैं) जिनका कोई सामान्य लक्ष्य नहीं होता है। यदि आवेग यादृच्छिक हैं, तो हर चीज़ क्रम से अव्यवस्था की ओर बढ़ जाएगी, क्योंकि अव्यवस्था प्राप्त करने के हमेशा अधिक तरीके होते हैं। एक शतरंज की बिसात की कल्पना करें: राजा तीन तरीकों से कोने को छोड़ सकता है, उसके लिए सभी संभावित रास्ते कोने से निकल सकते हैं, और प्रत्येक आसन्न सेल से कोने पर केवल एक ही रास्ते से वापस आ सकते हैं, और यह चाल केवल 5 या 8 में से एक होगी संभव चालें. यदि आप उसे एक लक्ष्य से वंचित करते हैं और उसे बेतरतीब ढंग से आगे बढ़ने की अनुमति देते हैं, तो अंततः उसके शतरंज की बिसात पर कहीं भी समाप्त होने की समान संभावना होगी, एन्ट्रापी अधिक हो जाएगी।

    किसी गैस या तरल में, ऐसी विकारकारी शक्ति की भूमिका आपके कमरे में तापीय हलचल द्वारा निभाई जाती है - यहाँ, वहाँ जाने, इधर-उधर लेटने, काम करने आदि की आपकी क्षणिक इच्छाओं द्वारा। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि ये इच्छाएँ क्या हैं, मुख्य बात यह है कि इनका सफाई से कोई लेना-देना नहीं है और न ही एक-दूसरे से संबंधित हैं। एन्ट्रापी को कम करने के लिए, आपको सिस्टम को बाहरी प्रभावों के संपर्क में लाने और उस पर काम करने की आवश्यकता है। उदाहरण के लिए, दूसरे नियम के अनुसार, कमरे में एन्ट्रापी तब तक लगातार बढ़ती रहेगी जब तक आपकी माँ अंदर नहीं आती और आपसे थोड़ा साफ-सफाई करने के लिए नहीं कहती। कार्य करने की आवश्यकता का अर्थ यह भी है कि कोई भी प्रणाली एन्ट्रापी को कम करने और व्यवस्था स्थापित करने का विरोध करेगी। ब्रह्मांड में भी यही कहानी है - बिग बैंग के साथ एन्ट्रापी बढ़ना शुरू हुई, और मॉम के आने तक बढ़ती रहेगी।

    ब्रह्मांड में अराजकता का माप

    एन्ट्रापी की गणना का शास्त्रीय संस्करण ब्रह्मांड पर लागू नहीं किया जा सकता है, क्योंकि इसमें गुरुत्वाकर्षण बल सक्रिय हैं, और पदार्थ स्वयं एक बंद प्रणाली नहीं बना सकता है। वास्तव में, ब्रह्मांड के लिए यह अराजकता का एक उपाय है।

    हमारी दुनिया में देखी जाने वाली अव्यवस्था का मुख्य और सबसे बड़ा स्रोत प्रसिद्ध विशाल संरचनाएं मानी जाती हैं - ब्लैक होल, विशाल और सुपरमैसिव।

    अराजकता के माप के मूल्य की सटीक गणना करने के प्रयासों को अभी तक सफल नहीं कहा जा सकता है, हालांकि वे लगातार होते रहते हैं। लेकिन ब्रह्मांड की एन्ट्रापी के सभी अनुमानों में प्राप्त मूल्यों में एक महत्वपूर्ण बिखराव है - परिमाण के एक से तीन आदेशों तक। ऐसा सिर्फ ज्ञान की कमी के कारण नहीं है। न केवल सभी ज्ञात खगोलीय पिंडों की, बल्कि डार्क एनर्जी की भी गणना पर प्रभाव के बारे में जानकारी का अभाव है। इसके गुणों और विशेषताओं का अध्ययन अभी प्रारंभिक अवस्था में है, लेकिन इसका प्रभाव निर्णायक हो सकता है। ब्रह्मांड में अराजकता का माप हर समय बदल रहा है।सामान्य पैटर्न निर्धारित करने में सक्षम होने के लिए वैज्ञानिक लगातार कुछ अध्ययन करते रहते हैं। तब विभिन्न अंतरिक्ष पिंडों के अस्तित्व की काफी सटीक भविष्यवाणी करना संभव होगा।

    ब्रह्मांड की गर्मी से मौत

    किसी भी बंद थर्मोडायनामिक प्रणाली की एक अंतिम अवस्था होती है। ब्रह्माण्ड भी इसका अपवाद नहीं है. जब सभी प्रकार की ऊर्जा का निर्देशित आदान-प्रदान बंद हो जाएगा, तो वे थर्मल ऊर्जा में पुनर्जन्म लेंगे। यदि थर्मोडायनामिक एन्ट्रॉपी उच्चतम मूल्य तक पहुंच जाती है तो सिस्टम थर्मल डेथ की स्थिति में चला जाएगा। हमारी दुनिया के इस अंत के बारे में निष्कर्ष 1865 में आर क्लॉसियस द्वारा तैयार किया गया था। उन्होंने ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम को आधार बनाया। इस कानून के अनुसार, एक प्रणाली जो अन्य प्रणालियों के साथ ऊर्जा का आदान-प्रदान नहीं करती है वह एक संतुलन स्थिति की तलाश करेगी। और इसमें ब्रह्मांड की तापीय मृत्यु की विशेषता वाले पैरामीटर भी हो सकते हैं। लेकिन क्लॉसियस ने गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव को ध्यान में नहीं रखा। यानी, ब्रह्मांड के लिए, एक आदर्श गैस प्रणाली के विपरीत, जहां कणों को कुछ मात्रा में समान रूप से वितरित किया जाता है, कणों की एकरूपता सबसे बड़े एन्ट्रापी मूल्य के अनुरूप नहीं हो सकती है। और फिर भी, यह पूरी तरह से स्पष्ट नहीं है कि क्या एन्ट्रापी अराजकता या ब्रह्मांड की मृत्यु का एक स्वीकार्य उपाय है?

    हमारे जीवन में एन्ट्रॉपी

    ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम की अवहेलना में, जिसके प्रावधानों के अनुसार सब कुछ जटिल से सरल की ओर विकसित होना चाहिए, सांसारिक विकास का विकास विपरीत दिशा में बढ़ रहा है। यह असंगति उन प्रक्रियाओं की ऊष्मागतिकी के कारण है जो अपरिवर्तनीय हैं। एक जीवित जीव द्वारा उपभोग, यदि इसकी कल्पना एक खुली थर्मोडायनामिक प्रणाली के रूप में की जाती है, तो इससे बाहर निकलने की तुलना में कम मात्रा में होता है।

    पोषक तत्वों में उनसे उत्पन्न उत्सर्जी उत्पादों की तुलना में कम एन्ट्रापी होती है।अर्थात्, जीव जीवित है क्योंकि वह उस अराजकता को दूर कर सकता है, जो अपरिवर्तनीय प्रक्रियाओं के घटित होने के कारण उसमें उत्पन्न होती है। उदाहरण के लिए, वाष्पीकरण द्वारा शरीर से लगभग 170 ग्राम पानी निकाल दिया जाता है, अर्थात। मानव शरीर कुछ रासायनिक और भौतिक प्रक्रियाओं द्वारा एन्ट्रापी में कमी की भरपाई करता है।

    एन्ट्रॉपी किसी प्रणाली की मुक्त अवस्था का एक निश्चित माप है। यह अधिक पूर्ण है, इस प्रणाली पर उतने ही कम प्रतिबंध हैं, लेकिन बशर्ते कि इसमें स्वतंत्रता के कई स्तर हों। यह पता चला है कि अराजकता माप का शून्य मूल्य पूर्ण जानकारी है, और अधिकतम मूल्य पूर्ण अज्ञान है।

    हमारा पूरा जीवन शुद्ध एन्ट्रापी है, क्योंकि अराजकता का माप कभी-कभी सामान्य ज्ञान के माप से अधिक हो जाता है। शायद वह समय अब ​​ज्यादा दूर नहीं है जब हम ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम पर आते हैं, क्योंकि कभी-कभी ऐसा लगता है कि कुछ लोगों और यहां तक ​​कि पूरे राज्यों का विकास पहले ही पीछे की ओर चला गया है, यानी जटिल से आदिम की ओर।

    निष्कर्ष

    एन्ट्रॉपी एक भौतिक प्रणाली की स्थिति के कार्य का एक पदनाम है, जिसकी वृद्धि प्रणाली को गर्मी की प्रतिवर्ती (प्रतिवर्ती) आपूर्ति के कारण होती है;

    आंतरिक ऊर्जा की मात्रा जिसे यांत्रिक कार्य में परिवर्तित नहीं किया जा सकता;

    एन्ट्रापी का सटीक निर्धारण गणितीय गणनाओं के माध्यम से किया जाता है, जिसकी सहायता से प्रत्येक प्रणाली के लिए बाध्य ऊर्जा का संबंधित राज्य पैरामीटर (थर्मोडायनामिक गुण) स्थापित किया जाता है। एन्ट्रापी खुद को थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं में सबसे स्पष्ट रूप से प्रकट करती है, जहां प्रक्रियाएं प्रतिष्ठित, प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय होती हैं, और पहले मामले में, एन्ट्रापी अपरिवर्तित रहती है, और दूसरे में यह लगातार बढ़ती है, और यह वृद्धि यांत्रिक ऊर्जा में कमी के कारण होती है।

    नतीजतन, प्रकृति में होने वाली सभी अपरिवर्तनीय प्रक्रियाएं यांत्रिक ऊर्जा में कमी के साथ होती हैं, जो अंततः "थर्मल डेथ" की ओर ले जाती हैं। लेकिन ऐसा नहीं हो सकता, क्योंकि ब्रह्माण्ड विज्ञान के दृष्टिकोण से संपूर्ण "ब्रह्मांड की अखंडता" के अनुभवजन्य ज्ञान को पूरी तरह से पूरा करना असंभव है, जिसके आधार पर एन्ट्रापी के हमारे विचार को उचित अनुप्रयोग मिल सकता है। ईसाई धर्मशास्त्रियों का मानना ​​है कि, एन्ट्रापी के आधार पर, कोई यह निष्कर्ष निकाल सकता है कि दुनिया सीमित है और इसका उपयोग "ईश्वर के अस्तित्व" को साबित करने के लिए किया जा सकता है। साइबरनेटिक्स में, "एन्ट्रॉपी" शब्द का प्रयोग इसके प्रत्यक्ष अर्थ से भिन्न अर्थ में किया जाता है, जिसे केवल औपचारिक रूप से शास्त्रीय अवधारणा से प्राप्त किया जा सकता है; इसका मतलब है: जानकारी की औसत परिपूर्णता; "उम्मीद" जानकारी के मूल्य के संबंध में अविश्वसनीयता।

    एन्ट्रॉपी एक ऐसा शब्द है जिसे कई लोगों ने सुना है, लेकिन बहुत कम लोग समझते हैं। और यह स्वीकार करने योग्य है कि इस घटना के पूर्ण सार को पूरी तरह से समझना वास्तव में कठिन है। हालाँकि, इससे हमें डरना नहीं चाहिए। वास्तव में, जो कुछ भी हमें घेरे हुए है, उसमें से अधिकांश को हम केवल सतही तौर पर ही समझा सकते हैं। और हम किसी व्यक्ति विशेष की धारणा या ज्ञान के बारे में बात नहीं कर रहे हैं। नहीं। हम मानवता के पास मौजूद संपूर्ण वैज्ञानिक ज्ञान के बारे में बात कर रहे हैं।

    न केवल गैलेक्टिक पैमाने पर ज्ञान में गंभीर अंतराल हैं, उदाहरण के लिए, वर्महोल के बारे में प्रश्नों में, बल्कि हर समय हमें घेरने वाले ज्ञान में भी। उदाहरण के लिए, प्रकाश की भौतिक प्रकृति के बारे में अभी भी बहस चल रही है। समय की अवधारणा को कौन तोड़ सकता है? इसी तरह के बहुत सारे प्रश्न हैं। लेकिन इस लेख में हम विशेष रूप से एन्ट्रापी के बारे में बात करेंगे। कई वर्षों से वैज्ञानिक "एन्ट्रॉपी" की अवधारणा से जूझ रहे हैं। इसका अध्ययन करने में रसायन विज्ञान और भौतिकी साथ-साथ चलते हैं। हम यह पता लगाने की कोशिश करेंगे कि हमारे समय तक क्या ज्ञात हो चुका है।

    वैज्ञानिक समुदाय में अवधारणा का परिचय

    एन्ट्रापी की अवधारणा पहली बार उत्कृष्ट जर्मन गणितज्ञ रुडोल्फ जूलियस इमैनुएल क्लॉसियस द्वारा विशेषज्ञों के बीच पेश की गई थी। सरल शब्दों में, वैज्ञानिक ने यह पता लगाने का निर्णय लिया कि ऊर्जा कहाँ जाती है। किस तरीके से? उदाहरण के लिए, हम एक गणितज्ञ के अनेक प्रयोगों और जटिल निष्कर्षों की ओर नहीं मुड़ेंगे, बल्कि एक ऐसा उदाहरण लेंगे जो रोजमर्रा की जिंदगी से हमारे लिए अधिक परिचित है।

    आपको अच्छी तरह से पता होना चाहिए कि जब आप चार्ज करते हैं, उदाहरण के लिए, मोबाइल फोन की बैटरी, तो बैटरी में जमा होने वाली ऊर्जा की मात्रा वास्तव में नेटवर्क से प्राप्त होने वाली ऊर्जा से कम होगी। कुछ हानि होती है. और रोजमर्रा की जिंदगी में हम इसके आदी हैं। लेकिन तथ्य यह है कि इसी तरह के नुकसान अन्य बंद प्रणालियों में भी होते हैं। लेकिन भौतिकविदों और गणितज्ञों के लिए यह पहले से ही एक गंभीर समस्या बनी हुई है। रुडोल्फ क्लॉसियस ने इस मुद्दे का अध्ययन किया।

    परिणामस्वरूप, उन्होंने एक अत्यंत जिज्ञासु तथ्य निकाला। यदि हम, फिर से, जटिल शब्दावली को हटा दें, तो यह तथ्य सामने आता है कि एन्ट्रापी एक आदर्श और वास्तविक प्रक्रिया के बीच का अंतर है।

    कल्पना कीजिए कि आप एक स्टोर के मालिक हैं। और आपको 10 टुगरिक प्रति किलोग्राम की कीमत पर बिक्री के लिए 100 किलोग्राम अंगूर प्राप्त हुए। प्रति किलो 2 तुगरिक का मार्कअप लगाने पर, आपको बिक्री के परिणामस्वरूप 1200 तुगरिक प्राप्त होंगे, आपूर्तिकर्ता को आवश्यक राशि दें और दो सौ तुगरिक का लाभ रखें।

    तो, यह आदर्श प्रक्रिया का विवरण था। और कोई भी व्यापारी जानता है कि जब तक सारे अंगूर बिकेंगे, तब तक वे 15 प्रतिशत तक सिकुड़ चुके होंगे। और 20 प्रतिशत पूरी तरह से सड़ जाएगा और बस बट्टे खाते में डालना होगा। लेकिन यह एक वास्तविक प्रक्रिया है.

    तो, एन्ट्रापी की अवधारणा, जिसे रुडोल्फ क्लॉसियस द्वारा गणितीय वातावरण में पेश किया गया था, को एक प्रणाली के संबंध के रूप में परिभाषित किया गया है जिसमें एन्ट्रापी में वृद्धि सिस्टम के तापमान और पूर्ण शून्य के मान के अनुपात पर निर्भर करती है। मूलतः, यह अपशिष्ट (बर्बाद) ऊर्जा का मूल्य दर्शाता है।

    अराजकता माप सूचक

    आप कुछ हद तक विश्वास के साथ यह भी कह सकते हैं कि एन्ट्रापी अराजकता का एक माप है। अर्थात्, यदि हम एक सामान्य स्कूली बच्चे के कमरे को एक बंद प्रणाली के मॉडल के रूप में लेते हैं, तो एक स्कूल की वर्दी जिसे दूर नहीं रखा गया है वह पहले से ही कुछ एन्ट्रापी की विशेषता बताएगी। लेकिन इस स्थिति में इसका महत्व छोटा होगा. लेकिन अगर, इसके अलावा, आप खिलौने बिखेरते हैं, रसोई से पॉपकॉर्न लाते हैं (स्वाभाविक रूप से, इसे थोड़ा गिराते हुए) और सभी पाठ्यपुस्तकों को मेज पर अस्त-व्यस्त छोड़ देते हैं, तो सिस्टम की एन्ट्रापी (और इस विशेष मामले में, की) यह कमरा) तेजी से बढ़ेगा।

    जटिल मामले

    पदार्थ की एन्ट्रापी का वर्णन करना बहुत कठिन प्रक्रिया है। पिछली शताब्दी में कई वैज्ञानिकों ने इसके संचालन के तंत्र के अध्ययन में योगदान दिया है। इसके अलावा, एन्ट्रापी की अवधारणा का उपयोग न केवल गणितज्ञों और भौतिकविदों द्वारा किया जाता है। रसायन शास्त्र में भी इसका सुयोग्य स्थान है। और कुछ शिल्पकार इसका उपयोग लोगों के बीच संबंधों में मनोवैज्ञानिक प्रक्रियाओं को समझाने के लिए भी करते हैं। आइए हम तीनों भौतिकविदों के फॉर्मूलेशन में अंतर का पता लगाएं। उनमें से प्रत्येक एक अलग दृष्टिकोण से एन्ट्रापी को प्रकट करता है, और उनका संयोजन हमें अपने लिए एक अधिक समग्र चित्र चित्रित करने में मदद करेगा।

    क्लॉसियस का कथन

    कम तापमान वाले शरीर से उच्च तापमान वाले शरीर में गर्मी स्थानांतरित करने की प्रक्रिया असंभव है।

    इस अभिधारणा को सत्यापित करना कठिन नहीं है। आप कभी भी एक जमे हुए छोटे पिल्ले को ठंडे हाथों से गर्म नहीं कर पाएंगे, चाहे आप उसकी कितनी भी मदद करना चाहें। इसलिए, आपको इसे अपनी छाती में रखना होगा, जहां तापमान इस समय की तुलना में अधिक है।

    थॉमसन का बयान

    एक प्रक्रिया असंभव है, जिसका परिणाम एक विशेष शरीर से ली गई गर्मी के कारण कार्य का प्रदर्शन होगा।

    और बहुत सरल शब्दों में कहें तो इसका मतलब यह है कि एक सतत गति मशीन का निर्माण करना शारीरिक रूप से असंभव है। किसी बंद सिस्टम की एन्ट्रापी इसकी अनुमति नहीं देगी।

    बोल्ट्ज़मैन का कथन

    बंद प्रणालियों में एन्ट्रापी कम नहीं हो सकती, अर्थात उन प्रणालियों में जिन्हें बाहरी ऊर्जा आपूर्ति प्राप्त नहीं होती है।

    इस सूत्रीकरण ने विकासवाद के सिद्धांत के कई अनुयायियों के विश्वास को हिला दिया और उन्हें ब्रह्मांड में एक बुद्धिमान निर्माता की उपस्थिति के बारे में गंभीरता से सोचने पर मजबूर कर दिया। क्यों?

    क्योंकि डिफ़ॉल्ट रूप से, एक बंद सिस्टम में, एन्ट्रापी हमेशा बढ़ती है। इसका मतलब है कि अराजकता बदतर होती जा रही है. इसे केवल बाह्य ऊर्जा आपूर्ति के माध्यम से ही कम किया जा सकता है। और हम हर दिन इस कानून का पालन करते हैं। यदि आप अपने बगीचे, घर, कार आदि की देखभाल नहीं करते हैं, तो वे अनुपयोगी हो जाएंगे।

    मेगास्केल पर, हमारा ब्रह्मांड भी एक बंद प्रणाली है। और वैज्ञानिक इस निष्कर्ष पर पहुंचे हैं कि हमारा अस्तित्व ही यह संकेत देता है कि ऊर्जा की यह बाहरी आपूर्ति कहीं से आती है। इसलिए, आज किसी को आश्चर्य नहीं होता कि खगोल वैज्ञानिक ईश्वर में विश्वास करते हैं।

    समय का तीर

    एन्ट्रापी का एक और बहुत ही चतुर चित्रण समय के तीर द्वारा दर्शाया जा सकता है। यानी एन्ट्रॉपी से पता चलता है कि प्रक्रिया भौतिक रूप से किस दिशा में आगे बढ़ेगी।

    और वास्तव में, यह संभावना नहीं है कि, माली की बर्खास्तगी के बारे में जानने के बाद, आप उम्मीद करेंगे कि वह क्षेत्र जिसके लिए वह जिम्मेदार था वह अधिक साफ-सुथरा और अच्छी तरह से तैयार हो जाएगा। ठीक इसके विपरीत - यदि आप किसी अन्य कर्मचारी को काम पर नहीं रखते हैं, तो कुछ समय बाद सबसे सुंदर बगीचा भी जर्जर हो जाएगा।

    रसायन विज्ञान में एन्ट्रापी

    "रसायन विज्ञान" अनुशासन में एन्ट्रापी एक महत्वपूर्ण संकेतक है। कुछ मामलों में, इसका मूल्य रासायनिक प्रतिक्रियाओं के पाठ्यक्रम को प्रभावित करता है।

    फ़ीचर फ़िल्मों के फ़ुटेज किसने नहीं देखे हैं जिनमें पात्र बहुत सावधानी से नाइट्रोग्लिसरीन के कंटेनर ले जाते हैं, इस डर से कि अचानक किसी लापरवाह हरकत से विस्फोट हो सकता है? यह एक रासायनिक पदार्थ में एन्ट्रापी के सिद्धांत के लिए एक दृश्य सहायता थी। यदि इसका संकेतक गंभीर स्तर पर पहुंच गया, तो प्रतिक्रिया शुरू हो जाएगी, जिसके परिणामस्वरूप विस्फोट होगा।

    अव्यवस्था का क्रम

    अक्सर यह तर्क दिया जाता है कि एन्ट्रापी अराजकता की इच्छा है। सामान्य तौर पर, "एन्ट्रॉपी" शब्द का अर्थ परिवर्तन या घूर्णन है। हम पहले ही कह चुके हैं कि यह क्रिया की विशेषता बताता है। इस संदर्भ में गैस की एन्ट्रापी बहुत दिलचस्प है। आइए कल्पना करने का प्रयास करें कि यह कैसे होता है।

    हम एक बंद प्रणाली लेते हैं जिसमें दो जुड़े हुए कंटेनर होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में गैस होती है। कंटेनरों में दबाव, जब तक वे एक-दूसरे से भली भांति जुड़े हुए नहीं थे, अलग-अलग था। कल्पना कीजिए कि जब वे संयुक्त हुए तो आणविक स्तर पर क्या हुआ।

    अणुओं की भीड़, अधिक दबाव में, तुरंत अपने भाइयों की ओर दौड़ पड़ी, जो पहले काफी स्वतंत्र रूप से रहते थे। ऐसे में उन्होंने वहां दबाव बढ़ा दिया. इसकी तुलना बाथटब में पानी के छींटों की आवाज़ से की जा सकती है। एक तरफ दौड़कर वह तुरंत दूसरी तरफ दौड़ती है। हमारे अणु भी ऐसे ही हैं। और हमारे सिस्टम में, बाहरी प्रभावों से आदर्श रूप से अलग, वे तब तक आगे बढ़ेंगे जब तक कि पूरे वॉल्यूम में एक त्रुटिहीन संतुलन स्थापित न हो जाए। और इसलिए, जब प्रत्येक अणु के चारों ओर पड़ोसी के समान ही जगह होगी, तो सब कुछ शांत हो जाएगा। और यह रसायन विज्ञान में उच्चतम एन्ट्रापी होगी। मोड़ और बदलाव रुक जाएंगे.

    मानक एन्ट्रापी

    वैज्ञानिक अराजकता को भी व्यवस्थित और वर्गीकृत करने का प्रयास नहीं छोड़ते। चूँकि एन्ट्रापी का मूल्य कई सहवर्ती स्थितियों पर निर्भर करता है, इसलिए "मानक एन्ट्रापी" की अवधारणा पेश की गई थी। मानों को विशेष तालिकाओं में संक्षेपित किया गया है ताकि आप आसानी से गणना कर सकें और विभिन्न लागू समस्याओं को हल कर सकें।

    डिफ़ॉल्ट रूप से, मानक एन्ट्रापी मानों को एक वायुमंडल के दबाव और 25 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर माना जाता है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, यह आंकड़ा भी बढ़ता जाता है।

    कोड और सिफर

    सूचना एन्ट्रापी भी है। इसे कोडित संदेशों को एन्क्रिप्ट करने में सहायता के लिए डिज़ाइन किया गया है। सूचना के संबंध में, एन्ट्रॉपी सूचना की पूर्वानुमेयता की संभावना का मूल्य है। और बहुत ही सरल शब्दों में, किसी इंटरसेप्टेड सिफर को क्रैक करना इतना आसान होगा।

    यह काम किस प्रकार करता है? पहली नज़र में, ऐसा लगता है कि कम से कम कुछ प्रारंभिक डेटा के बिना एन्कोडेड संदेश को समझना असंभव है। लेकिन यह वैसा नहीं है। यहीं पर संभावना काम आती है।

    एक एन्क्रिप्टेड संदेश वाले पृष्ठ की कल्पना करें। आप जानते हैं कि रूसी भाषा का प्रयोग किया जाता था, लेकिन प्रतीक बिल्कुल अपरिचित हैं। कहाँ से शुरू करें? सोचिए: क्या संभावना है कि इस पृष्ठ पर "ъ" अक्षर दिखाई देगा? और "ओ" अक्षर पर ठोकर लगने की संभावना? आप सिस्टम को समझें. जो अक्षर सबसे अधिक बार आते हैं (और सबसे कम बार - यह भी एक महत्वपूर्ण संकेतक है) की गणना की जाती है और उस भाषा की विशेषताओं के साथ तुलना की जाती है जिसमें संदेश लिखा गया था।

    इसके अलावा, अक्सर, और कुछ भाषाओं में, अपरिवर्तनीय अक्षर संयोजन होते हैं। इस ज्ञान का उपयोग डिकोडिंग के लिए भी किया जाता है। वैसे, यह वह विधि है जिसका उपयोग प्रसिद्ध शर्लक होम्स ने "द डांसिंग मेन" कहानी में किया है। द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान इसी तरह से कोड तोड़े गए थे।

    और सूचना एन्ट्रॉपी को एन्कोडिंग की विश्वसनीयता बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। व्युत्पन्न सूत्रों के लिए धन्यवाद, गणितज्ञ कोडर द्वारा पेश किए गए विकल्पों का विश्लेषण और सुधार कर सकते हैं।

    डार्क मैटर से संबंध

    ऐसे बहुत से सिद्धांत हैं जो अभी भी पुष्टि की प्रतीक्षा कर रहे हैं। उनमें से एक एन्ट्रापी की घटना को अपेक्षाकृत हाल ही में खोजी गई घटना से जोड़ता है। यह कहता है कि खोई हुई ऊर्जा बस डार्क एनर्जी में परिवर्तित हो जाती है। खगोलशास्त्री मानते हैं कि हमारे ब्रह्माण्ड का केवल 4 प्रतिशत भाग ही ज्ञात पदार्थ है। और शेष 96 प्रतिशत पर इस समय अज्ञात चीज़ का कब्ज़ा है - अंधेरा।

    इसे यह नाम इस तथ्य के कारण मिला है कि यह विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ संपर्क नहीं करता है और इसे उत्सर्जित नहीं करता है (ब्रह्मांड में पहले से ज्ञात सभी वस्तुओं की तरह)। इसलिए विज्ञान के विकास के इस चरण में डार्क मैटर और उसके गुणों का अध्ययन संभव नहीं है।

    एन्ट्रॉपी (प्राचीन ग्रीक ἐντροπία से "टर्न", "परिवर्तन") एक शब्द है जिसका व्यापक रूप से प्राकृतिक और सटीक विज्ञान में उपयोग किया जाता है। इसे पहली बार थर्मोडायनामिक्स के ढांचे के भीतर थर्मोडायनामिक प्रणाली की स्थिति के एक फ़ंक्शन के रूप में पेश किया गया था, जो अपरिवर्तनीय ऊर्जा अपव्यय का माप निर्धारित करता है। सांख्यिकीय भौतिकी में, एन्ट्रापी किसी भी स्थूल अवस्था के घटित होने की संभावना को दर्शाती है। भौतिकी के अलावा, इस शब्द का व्यापक रूप से गणित में उपयोग किया जाता है: सूचना सिद्धांत और गणितीय सांख्यिकी।

    यह अवधारणा 19वीं शताब्दी में विज्ञान में प्रवेश कर गई। प्रारंभ में, यह ऊष्मा इंजनों के सिद्धांत पर लागू था, लेकिन जल्दी ही भौतिकी के अन्य क्षेत्रों में, विशेषकर विकिरण के सिद्धांत में प्रकट हुआ। बहुत जल्द एन्ट्रापी का उपयोग ब्रह्माण्ड विज्ञान, जीव विज्ञान और सूचना सिद्धांत में किया जाने लगा। ज्ञान के विभिन्न क्षेत्र विभिन्न प्रकार के अराजकता उपायों को अलग करते हैं:

    • सूचनात्मक;
    • थर्मोडायनामिक;
    • अंतर;
    • सांस्कृतिक, आदि

    उदाहरण के लिए, आणविक प्रणालियों के लिए बोल्ट्ज़मैन एन्ट्रॉपी है, जो उनकी अराजकता और एकरूपता का माप निर्धारित करती है। बोल्ट्ज़मैन अराजकता की माप और राज्य की संभावना के बीच संबंध स्थापित करने में सक्षम थे। थर्मोडायनामिक्स के लिए, इस अवधारणा को अपरिवर्तनीय ऊर्जा अपव्यय का माप माना जाता है। यह थर्मोडायनामिक प्रणाली की स्थिति का एक कार्य है। एक पृथक प्रणाली में, एन्ट्रापी अधिकतम मूल्यों तक बढ़ती है, और वे अंततः संतुलन की स्थिति बन जाती हैं। सूचना एन्ट्रापी का तात्पर्य अनिश्चितता या अप्रत्याशितता के कुछ माप से है।

    एन्ट्रॉपी की व्याख्या किसी प्रणाली की अनिश्चितता (विकार) के माप के रूप में की जा सकती है, उदाहरण के लिए, कुछ अनुभव (परीक्षण), जिसके अलग-अलग परिणाम हो सकते हैं, और इसलिए जानकारी की मात्रा। इस प्रकार, एन्ट्रापी की एक और व्याख्या प्रणाली की सूचना क्षमता है। इस व्याख्या के साथ यह तथ्य जुड़ा है कि सूचना सिद्धांत में एन्ट्रापी की अवधारणा के निर्माता (क्लाउड शैनन) शुरू में इस मात्रा को सूचना कहना चाहते थे।

    प्रतिवर्ती (संतुलन) प्रक्रियाओं के लिए, निम्नलिखित गणितीय समानता संतुष्ट है (तथाकथित क्लॉसियस समानता का परिणाम), जहां आपूर्ति की गई गर्मी है, तापमान है, और राज्य हैं, और इन राज्यों के अनुरूप एन्ट्रापी है (यहां) एक राज्य से दूसरे राज्य में संक्रमण की प्रक्रिया पर विचार किया जाता है)।

    अपरिवर्तनीय प्रक्रियाओं के लिए, असमानता तथाकथित क्लॉसियस असमानता से होती है, जहां आपूर्ति की गई गर्मी है, तापमान है, और राज्य हैं, और इन राज्यों के अनुरूप एन्ट्रापी है।

    इसलिए, रुद्धोष्म रूप से पृथक (कोई ताप आपूर्ति या निष्कासन नहीं) प्रणाली की एन्ट्रापी केवल अपरिवर्तनीय प्रक्रियाओं के दौरान ही बढ़ सकती है।

    एन्ट्रॉपी की अवधारणा का उपयोग करते हुए, क्लॉसियस (1876) ने थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम का सबसे सामान्य सूत्रीकरण दिया: वास्तविक (अपरिवर्तनीय) एडियाबेटिक प्रक्रियाओं में, एन्ट्रॉपी बढ़ती है, संतुलन की स्थिति में अधिकतम मूल्य तक पहुंचती है (थर्मोडायनामिक्स का दूसरा नियम नहीं है) निरपेक्ष, उतार-चढ़ाव के दौरान इसका उल्लंघन होता है)।

    किसी पदार्थ या प्रक्रिया की पूर्ण एन्ट्रॉपी (एस)।किसी दिए गए तापमान (बीटीयू/आर, जे/के) पर गर्मी हस्तांतरण के लिए उपलब्ध ऊर्जा में परिवर्तन है। गणितीय रूप से, एन्ट्रापी गर्मी हस्तांतरण को उस पूर्ण तापमान से विभाजित करने के बराबर होती है जिस पर प्रक्रिया होती है। परिणामस्वरूप, बड़ी मात्रा में ऊष्मा स्थानांतरित करने की प्रक्रियाएँ एन्ट्रापी को और अधिक बढ़ा देती हैं। इसके अलावा, जब गर्मी कम तापमान पर स्थानांतरित होती है तो एन्ट्रापी परिवर्तन बढ़ जाएगा। चूंकि पूर्ण एन्ट्रापी ब्रह्मांड में सभी ऊर्जा की उपयुक्तता से संबंधित है, तापमान आमतौर पर पूर्ण इकाइयों (आर, के) में मापा जाता है।

    विशिष्ट एन्ट्रापी(S) को किसी पदार्थ के इकाई द्रव्यमान के सापेक्ष मापा जाता है। तापमान इकाइयाँ जिनका उपयोग राज्यों के एन्ट्रापी अंतर की गणना में किया जाता है, अक्सर तापमान इकाइयों को डिग्री फ़ारेनहाइट या सेल्सियस में दिया जाता है। चूँकि फ़ारेनहाइट और रैंकिन या सेल्सियस और केल्विन पैमानों के बीच डिग्री में अंतर बराबर है, ऐसे समीकरणों का समाधान सही होगा चाहे एन्ट्रापी पूर्ण या पारंपरिक इकाइयों में व्यक्त की गई हो। एन्ट्रॉपी का तापमान किसी निश्चित पदार्थ की दी गई एन्थैल्पी के समान होता है।

    संक्षेप में कहें तो: एन्ट्रापी बढ़ती है, इसलिए, हमारे किसी भी कार्य से हम अराजकता बढ़ाते हैं।

    बस कुछ जटिल है

    एन्ट्रॉपी विकार का एक माप है (और राज्य की एक विशेषता)। दृष्टिगत रूप से, एक निश्चित स्थान पर चीजें जितनी अधिक समान रूप से वितरित की जाती हैं, एन्ट्रापी उतनी ही अधिक होती है। यदि चीनी एक टुकड़े के रूप में चाय के गिलास में होती है, तो इस अवस्था की एन्ट्रापी छोटी होती है, यदि इसे पूरी मात्रा में घोलकर वितरित किया जाता है, तो यह अधिक होती है। अव्यवस्था को मापा जा सकता है, उदाहरण के लिए, यह गिनकर कि किसी दिए गए स्थान में वस्तुओं को कितने तरीकों से व्यवस्थित किया जा सकता है (तब एन्ट्रापी लेआउट की संख्या के लघुगणक के समानुपाती होती है)। यदि सभी मोज़ों को कोठरी में एक शेल्फ पर एक ढेर में बेहद कॉम्पैक्ट रूप से मोड़ा जाता है, तो लेआउट विकल्पों की संख्या छोटी होती है और केवल ढेर में मोज़ों की पुनर्व्यवस्था की संख्या तक ही सीमित होती है। यदि मोज़े कमरे में किसी भी स्थान पर हो सकते हैं, तो उन्हें बिछाने के तरीकों की एक अकल्पनीय संख्या है, और ये लेआउट बर्फ के टुकड़ों के आकार की तरह, हमारे जीवन भर दोहराए नहीं जाते हैं। "बिखरे हुए मोज़े" राज्य की एन्ट्रापी बहुत बड़ी है।

    थर्मोडायनामिक्स का दूसरा नियम कहता है कि किसी बंद प्रणाली में एन्ट्रापी अनायास कम नहीं हो सकती (आमतौर पर यह बढ़ जाती है)। इसके प्रभाव से धुंआ उड़ जाता है, चीनी घुल जाती है, पत्थर और मोज़े समय के साथ उखड़ जाते हैं। इस प्रवृत्ति की एक सरल व्याख्या है: चीजें आमतौर पर यादृच्छिक आवेगों के प्रभाव में चलती हैं (हमारे द्वारा या प्रकृति की शक्तियों द्वारा संचालित होती हैं) जिनका कोई सामान्य लक्ष्य नहीं होता है। यदि आवेग यादृच्छिक हैं, तो हर चीज़ क्रम से अव्यवस्था की ओर बढ़ जाएगी, क्योंकि अव्यवस्था प्राप्त करने के हमेशा अधिक तरीके होते हैं। एक शतरंज की बिसात की कल्पना करें: राजा तीन तरीकों से कोने को छोड़ सकता है, उसके लिए सभी संभावित रास्ते कोने से निकल सकते हैं, और प्रत्येक आसन्न सेल से कोने पर केवल एक ही रास्ते से वापस आ सकते हैं, और यह चाल केवल 5 या 8 में से एक होगी संभव चालें. यदि आप उसे एक लक्ष्य से वंचित करते हैं और उसे बेतरतीब ढंग से आगे बढ़ने की अनुमति देते हैं, तो अंततः उसके शतरंज की बिसात पर कहीं भी समाप्त होने की समान संभावना होगी, एन्ट्रापी अधिक हो जाएगी।

    किसी गैस या तरल में, ऐसी विकारकारी शक्ति की भूमिका आपके कमरे में तापीय हलचल द्वारा निभाई जाती है - यहाँ, वहाँ जाने, इधर-उधर लेटने, काम करने आदि की आपकी क्षणिक इच्छाओं द्वारा। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि ये इच्छाएँ क्या हैं, मुख्य बात यह है कि इनका सफाई से कोई लेना-देना नहीं है और न ही एक-दूसरे से संबंधित हैं। एन्ट्रापी को कम करने के लिए, आपको सिस्टम को बाहरी प्रभावों के संपर्क में लाने और उस पर काम करने की आवश्यकता है। उदाहरण के लिए, दूसरे नियम के अनुसार, कमरे में एन्ट्रापी तब तक लगातार बढ़ती रहेगी जब तक आपकी माँ अंदर नहीं आती और आपसे थोड़ा साफ-सफाई करने के लिए नहीं कहती। कार्य करने की आवश्यकता का अर्थ यह भी है कि कोई भी प्रणाली एन्ट्रापी को कम करने और व्यवस्था स्थापित करने का विरोध करेगी। ब्रह्मांड में भी यही कहानी है - बिग बैंग के साथ एन्ट्रापी बढ़ना शुरू हुई, और मॉम के आने तक बढ़ती रहेगी।

    ब्रह्मांड में अराजकता का माप

    एन्ट्रापी की गणना का शास्त्रीय संस्करण ब्रह्मांड पर लागू नहीं किया जा सकता है, क्योंकि इसमें गुरुत्वाकर्षण बल सक्रिय हैं, और पदार्थ स्वयं एक बंद प्रणाली नहीं बना सकता है। वास्तव में, ब्रह्मांड के लिए यह अराजकता का एक उपाय है।

    हमारी दुनिया में देखी जाने वाली अव्यवस्था का मुख्य और सबसे बड़ा स्रोत प्रसिद्ध विशाल संरचनाएं मानी जाती हैं - ब्लैक होल, विशाल और सुपरमैसिव।

    अराजकता के माप के मूल्य की सटीक गणना करने के प्रयासों को अभी तक सफल नहीं कहा जा सकता है, हालांकि वे लगातार होते रहते हैं। लेकिन ब्रह्मांड की एन्ट्रापी के सभी अनुमानों में प्राप्त मूल्यों में एक महत्वपूर्ण बिखराव है - परिमाण के एक से तीन आदेशों तक। ऐसा सिर्फ ज्ञान की कमी के कारण नहीं है। न केवल सभी ज्ञात खगोलीय पिंडों की, बल्कि डार्क एनर्जी की भी गणना पर प्रभाव के बारे में जानकारी का अभाव है। इसके गुणों और विशेषताओं का अध्ययन अभी प्रारंभिक अवस्था में है, लेकिन इसका प्रभाव निर्णायक हो सकता है। ब्रह्मांड में अराजकता का माप हर समय बदल रहा है।सामान्य पैटर्न निर्धारित करने में सक्षम होने के लिए वैज्ञानिक लगातार कुछ अध्ययन करते रहते हैं। तब विभिन्न अंतरिक्ष पिंडों के अस्तित्व की काफी सटीक भविष्यवाणी करना संभव होगा।

    ब्रह्मांड की गर्मी से मौत

    किसी भी बंद थर्मोडायनामिक प्रणाली की एक अंतिम अवस्था होती है। ब्रह्माण्ड भी इसका अपवाद नहीं है. जब सभी प्रकार की ऊर्जा का निर्देशित आदान-प्रदान बंद हो जाएगा, तो वे थर्मल ऊर्जा में पुनर्जन्म लेंगे। यदि थर्मोडायनामिक एन्ट्रॉपी उच्चतम मूल्य तक पहुंच जाती है तो सिस्टम थर्मल डेथ की स्थिति में चला जाएगा। हमारी दुनिया के इस अंत के बारे में निष्कर्ष 1865 में आर क्लॉसियस द्वारा तैयार किया गया था। उन्होंने ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम को आधार बनाया। इस कानून के अनुसार, एक प्रणाली जो अन्य प्रणालियों के साथ ऊर्जा का आदान-प्रदान नहीं करती है वह एक संतुलन स्थिति की तलाश करेगी। और इसमें ब्रह्मांड की तापीय मृत्यु की विशेषता वाले पैरामीटर भी हो सकते हैं। लेकिन क्लॉसियस ने गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव को ध्यान में नहीं रखा। यानी, ब्रह्मांड के लिए, एक आदर्श गैस प्रणाली के विपरीत, जहां कणों को कुछ मात्रा में समान रूप से वितरित किया जाता है, कणों की एकरूपता सबसे बड़े एन्ट्रापी मूल्य के अनुरूप नहीं हो सकती है। और फिर भी, यह पूरी तरह से स्पष्ट नहीं है कि क्या एन्ट्रापी अराजकता या ब्रह्मांड की मृत्यु का एक स्वीकार्य उपाय है?

    हमारे जीवन में एन्ट्रॉपी

    ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम की अवहेलना में, जिसके प्रावधानों के अनुसार सब कुछ जटिल से सरल की ओर विकसित होना चाहिए, सांसारिक विकास का विकास विपरीत दिशा में बढ़ रहा है। यह असंगति उन प्रक्रियाओं की ऊष्मागतिकी के कारण है जो अपरिवर्तनीय हैं। एक जीवित जीव द्वारा उपभोग, यदि इसकी कल्पना एक खुली थर्मोडायनामिक प्रणाली के रूप में की जाती है, तो इससे बाहर निकलने की तुलना में कम मात्रा में होता है।

    पोषक तत्वों में उनसे उत्पन्न उत्सर्जी उत्पादों की तुलना में कम एन्ट्रापी होती है।अर्थात्, जीव जीवित है क्योंकि वह उस अराजकता को दूर कर सकता है, जो अपरिवर्तनीय प्रक्रियाओं के घटित होने के कारण उसमें उत्पन्न होती है। उदाहरण के लिए, वाष्पीकरण द्वारा शरीर से लगभग 170 ग्राम पानी निकाल दिया जाता है, अर्थात। मानव शरीर कुछ रासायनिक और भौतिक प्रक्रियाओं द्वारा एन्ट्रापी में कमी की भरपाई करता है।

    एन्ट्रॉपी किसी प्रणाली की मुक्त अवस्था का एक निश्चित माप है। यह अधिक पूर्ण है, इस प्रणाली पर उतने ही कम प्रतिबंध हैं, लेकिन बशर्ते कि इसमें स्वतंत्रता के कई स्तर हों। यह पता चला है कि अराजकता माप का शून्य मूल्य पूर्ण जानकारी है, और अधिकतम मूल्य पूर्ण अज्ञान है।

    हमारा पूरा जीवन शुद्ध एन्ट्रापी है, क्योंकि अराजकता का माप कभी-कभी सामान्य ज्ञान के माप से अधिक हो जाता है। शायद वह समय अब ​​ज्यादा दूर नहीं है जब हम ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम पर आते हैं, क्योंकि कभी-कभी ऐसा लगता है कि कुछ लोगों और यहां तक ​​कि पूरे राज्यों का विकास पहले ही पीछे की ओर चला गया है, यानी जटिल से आदिम की ओर।

    निष्कर्ष

    एन्ट्रॉपी एक भौतिक प्रणाली की स्थिति के कार्य का एक पदनाम है, जिसकी वृद्धि प्रणाली को गर्मी की प्रतिवर्ती (प्रतिवर्ती) आपूर्ति के कारण होती है;

    आंतरिक ऊर्जा की मात्रा जिसे यांत्रिक कार्य में परिवर्तित नहीं किया जा सकता;

    एन्ट्रापी का सटीक निर्धारण गणितीय गणनाओं के माध्यम से किया जाता है, जिसकी सहायता से प्रत्येक प्रणाली के लिए बाध्य ऊर्जा का संबंधित राज्य पैरामीटर (थर्मोडायनामिक गुण) स्थापित किया जाता है। एन्ट्रापी खुद को थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं में सबसे स्पष्ट रूप से प्रकट करती है, जहां प्रक्रियाएं प्रतिष्ठित, प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय होती हैं, और पहले मामले में, एन्ट्रापी अपरिवर्तित रहती है, और दूसरे में यह लगातार बढ़ती है, और यह वृद्धि यांत्रिक ऊर्जा में कमी के कारण होती है।

    नतीजतन, प्रकृति में होने वाली सभी अपरिवर्तनीय प्रक्रियाएं यांत्रिक ऊर्जा में कमी के साथ होती हैं, जो अंततः "थर्मल डेथ" की ओर ले जाती हैं। लेकिन ऐसा नहीं हो सकता, क्योंकि ब्रह्माण्ड विज्ञान के दृष्टिकोण से संपूर्ण "ब्रह्मांड की अखंडता" के अनुभवजन्य ज्ञान को पूरी तरह से पूरा करना असंभव है, जिसके आधार पर एन्ट्रापी के हमारे विचार को उचित अनुप्रयोग मिल सकता है। ईसाई धर्मशास्त्रियों का मानना ​​है कि, एन्ट्रापी के आधार पर, कोई यह निष्कर्ष निकाल सकता है कि दुनिया सीमित है और इसका उपयोग "ईश्वर के अस्तित्व" को साबित करने के लिए किया जा सकता है। साइबरनेटिक्स में, "एन्ट्रॉपी" शब्द का प्रयोग इसके प्रत्यक्ष अर्थ से भिन्न अर्थ में किया जाता है, जिसे केवल औपचारिक रूप से शास्त्रीय अवधारणा से प्राप्त किया जा सकता है; इसका मतलब है: जानकारी की औसत परिपूर्णता; "उम्मीद" जानकारी के मूल्य के संबंध में अविश्वसनीयता।