Основні закони розвитку природи

Саді Карно, син військового міністра при Наполеона Бонапарта і дядько майбутнього президента Французької республіки, аналізуючи наслідки завойовницьких воєн Франції початку XIX століття, прийшов до висновку, що однією з причин поразки Франції стало її відставання у використанні енергії. В останні двісті років люди витратили багато сил, щоб розібратися в цьому понятті. Сьогодні стало ясно, що добробут людей пов’язано зі споживанням енергії. Наприклад, обсяг валового національного продукту країни майже пропорційний обсягу споживаної енергії.

Вивченням способів перетворення енергії в фізичних тілах займається термодинаміка. Вона відповідає на питання: як отримати тепло, як зробити процес отримання тепла керованим, як його зберегти і як краще його використовувати. Щоб відповісти на них, вчені ввели визначення і сформулювали основні закони, або початку, термодинаміки.

Енергія (від грецького energeia – дія, діяльність) визначається як загальна кількісна міра різних форм руху матерії. У природі будь-яким фізичним процесам відповідає той чи інший вид енергії: механічної, хімічної, теплової, гравітаційної, електромагнітної, ядерної і так далі. Іншими словами, вона висловлює здатність тіла або системи здійснювати роботу.

Фундаментальні дослідження в області теорії інформації призвели до поняття інформаційної енергії, або енергії інформаційного впливу, як до кількісної мірою зміни кількості інформації.

Перший початок термодинаміки коротко формулюється так: “Енергія зберігається”. Вона не виникає з нічого і не зникає безслідно; вона може тільки переходити з однієї форми в іншу. Цим основним відкриттям 50-х років минулого століття ми зобов’язані лорду Кельвіном (Вільямсу Томсону) і Рудольфу Клаузісом. Кельвін, як релігійна людина, вважав, що Творець в момент створення світу наділив його запасом енергії, і що цей божественний дар існуватиме вічно.

Другий закон термодинаміки встановлює наявність в природі фундаментальної асиметрії, тобто односпрямованість всіх відбуваються в ній самовільних процесів розсіювання енергії: гарячі тіла з плином часу охолоджуються, проте холодні самі по собі не стають гарячими, обертається дзига, врешті-решт, зупиняється, однак спочивають дзига мимоволі не почне обертатися. Тобто розподіл наявної енергії змінюється необоротним чином. Це властивість матерії відбивається принципом ентропії. Якщо є термін ентропія, що характеризує ступінь безладдя в природі, значить повинен існувати термін, який визначає ступінь порядку. Ентальпія і є функцією, яка оцінює ступінь впорядкованості системи (локальної неоднорідності).
Природно протікають в природі процеси супроводжуються збільшенням ентропії (безладдя).

Дивним чином ці уявлення відображаються в моделі Всесвіту. Вона розширюється, при цьому відбувається розсіювання енергії в просторі. Безперервне і глобальне природне руйнування є основною властивістю навколишнього нас матеріального світу. У цьому контексті те, що варто в свідомості людини за образом Мефістофеля, грає важливу роль в природі, забезпечуючи процеси дисипації (від латинського dissipatio – розсіювання). Разом з тим через локальні неоднорідностей розподілу речовини в природі відбувається його накопичення в локальних зонах Всесвіту. Так утворюються галактики, сузір’я, сонячні системи, планети.

Якщо ми не підтримуємо свідомо в будинку порядок, то незалежно від нашого бажання в ньому буде збільшуватися безлад. І навпаки, цілеспрямована творча діяльність супроводжується зменшенням ентропії (безладдя) в деякій локальній зоні простору. Правда, це можливо тільки за рахунок створення ще більшого безладу поза цією зоною: так народжуються звалища та інші відходи – побічні продукти творчої діяльності. З практики ми знаємо, що творча діяльність неможлива без використання розуму або якогось народженого природою алгоритму. В цьому випадку народження кристала в аморфній породі є прикладом цілеспрямованої творчої діяльності в природі на основі народженого яку сама ж алгоритму. Будь-який живий організм також є прикладом обмеженого простору, в якому протягом життя ентропія не збільшується. На відміну від кристала організм має властивість саморегулювання, тобто здатністю підтримувати постійність внутрішнього середовища при зміні зовнішніх і внутрішніх збурень. Це властивість не збільшувати ентропію протягом життя є одним з основних, що відрізняють елемент живої природи від неживої. Таким чином, підтримка порядку пов’язано з алгоритмом саморегулювання, свідомістю. Міркуючи поняттями гетевских алегорій, можна сказати, що Творець відповідає за процеси, пов’язані з життям, що не збільшують ентропію. Він ніби використовує матерію як експериментальний матеріал для створення і відпрацювання алгоритмів, що підтримують різні життя в пошуках їх досконалості.

Оскільки на практиці часто важко безпосередньо виміряти величину енергії тіла, люди навчилися оцінювати її через кількість роботи, яку можна з її допомогою виконати. Зі шкільного курсу фізики ми знаємо, що робота оцінюється як добуток сили, прикладеної до тіла, помноженої на відстань, на яке тіло перемістилося. Так чи інакше, поняття сили в природі пов’язане з видом взаємодії. Як ми вже відзначали, в основі всіх відомих сил лежать чотири основні типи взаємодії фізичних тіл (таблиця 1.1.1). При розгляді динамічних процесів важливо пам’ятати, що будь-який рух матеріального тіла може бути розкладено на три основних: поступальний, коливальний і обертальний. Рух і сила мають напрямки, які не завжди збігаються. Ця невідповідність враховується коефіцієнтом, пропорційним величині кута між напрямком сили і напрямком руху. Тепер ми можемо пояснити, що показує час годинник, нерухомо висять на стіні, споживають енергію за рахунок коливання маятника і інших частин. Ось дзиґи, практично нерухомо стоїть щодо статі. Однак дзига має енергію обертання і витрачає її на подолання опору повітря і тертя осі об підлогу.

Для оцінки швидкості використання енергії або її придбання застосовується поняття потужності, як швидкості зміни загальної енергії деякої системи. Таким чином, твір потужності на час дає енергію. Потужність вимірюється у ВАТ. За одну секунду накопичувач енергії з потужністю один ват здатний дати системі один джоуль (Дж) енергії. Одна кінська сила визначається як щосекундний витрата енергії, яка дорівнює 746 Дж.

Отже, перерахуємо необхідні для розуміння матеріалу книги основні закони, які лежать в основі процесів, що відбуваються у Всесвіті (макросвіті):

  • 1. Закон ієрархічного подібності.
  • 2. Закон ритму.
  • 3. Закон збереження енергії.
  • 4. Закон ентропії.
...
ПОДІЛИТИСЯ: