Термодинамика открытых систем

Биология » Концепции современного естествознания » Термодинамика открытых систем

Второе начало термодинамики, безусловно, является абсолютным законом природы. Но в логических построениях физиков от Карно до Шрёдингера есть брешь. Существует особый класс термодинамических систем – открытые системы – в которых возникают локальные условия для появления упорядоченности. Открытые системы ещё называют потоковыми – в них действительно существует поток как некоторая математическая абстракция, но ничто не мешает нам представить её в виде вещественного потока некоторой материи или энергии.

Представим себе классический резервуар, в который нечто вливается и из которого нечто выливается. Если энтропия того, что выливается больше, чем энтропия на входе, то что творится с энтропией резервуара? Она может понижаться, но так, чтобы её дефицит внутри покрывался приростом снаружи, на выходе.

Второе начало термодинамики приводит к выравниванию температур и запрещает ситуацию, в которой два равномерно нагретых тела поделили бы тепло так, что одному достался бы жар, а другому – холод. Однако холодильник на кухне работает, нагревает решётку сзади и охлаждает камеру внутри! За счёт чего? Термодинамически рассуждая, за счёт разупорядочения потока, точнее – тока электрического, превращения направленного движения электронов (упорядоченность) в хаотическое движение молекул нагретого газа (беспорядок). Грубо говоря, в выделенном месте можно создать умеренный порядок, если в другом сотворить большой беспорядок. Потоковые системы такого рода обычно называют диссипативными (лат. dissipatio - рассеяние) - в них происходит разупорядочивание энергетических процессов. Для них характерны большие различия начального и конечного состояний потока, это сильно неравновесные системы.

Внутри потоковой системы упорядоченность может возникать самопроизвольно. Представьте себе подушечку для иголок и обрывки ниток, оставшихся в ушках иголок. Они расположены хаотически. Мысленно подуйте на подушечку – и нитки расположатся упорядоченно, вдоль потока.

Разумеется, термодинамика открытых систем работает не с подушечками, а с условиями минимизации некоторых математических функций.

А много ли порядка надо для возникновения жизни? Фон Нейман рассчитал, что система, способная создавать своё подобие, проще говоря – размножаться, должна содержать не менее 10 000 элементов. И всё. Отдельные горячие головы предложили даже четвёртое начало термодинамики – "в сложной потоковой системе за достаточно большое время должна появиться жизнь". Разумеется, это уже не закон природы а декларация желаемого. Однако если в этой фразе слово "должна" заменить на "может", она будет выглядеть вполне пристойно.

Обратим внимание на то, что здесь не оговаривается химизм субстрата жизни. Есть позиция, остроумно названная "водно-углеродным шовинизмом", т. е. утверждение, что живое существует только в виде углеродных соединений и только при наличии воды. Термодинамика этот тезис игнорирует.


Другое по теме:

Биосфера и цивилизация
Популяции, сообщества, экосистемы. Принципы их организации. Формы биотических отношений в сообществах. Популяция - структурная единица вида. Она представляет собой совокупность особей одного вида, населяющую определенное местообитание с ...

Особенности хода эволюции человека
1. Широкая генетическая изменчивость и вариабельность антропогенеза. Каждая из стадий эволюции человека включает большое число вариаций как в пространстве, так и во времени, т.е. новые группы формируются не сразу, а в недрах многочисленны ...

Определение активности липазы (модифицированный метод Ота, Ямада)
За единицу ферментативной активности липазы принимают такое количество фермента, которое освобождает 1 мкмоль олеиновой кислоты из 40%-ной эмульсии оливкового масла при рН 7,0 и t=37°С в течение 1 ч. Метод основан на определении путем ти ...