интересно
Предыдущая | Содержание | Следующая

Энтропийный фактор и принцип компенсации энтропии

Любые системы живой и неживой природы без исключения содержат черты энтропии и антиэнтропии, или негэнтропии, т.е. черты беспорядка (хаоса) и порядка, неопределенности и определенности, неорганизованности и организованности.

Фактор энтропии как количественной меры неопределенности, беспорядка, дезорганизованности (хаоса) является всеобщим.

Мы живем в мире молекулярной неупорядоченности и макронеустойчивости и поэтому энтропию принимаем в качестве универсального параметра. Обеспечение энтропийного равновесия между порядком и беспорядком в природной и общественной системах в значительной степени определяет мировые процессы и условия жизни и развития на нашей планете.

В научной литературе сегодня мы встречаем по меньшей мере четыре формы энтропии:

первая форма энтропии - это мера неопределенности поведения любой системы, включая живые и неживые объекты и их функции. Именно эта форма энтропии, которая представляется числом допустимого состояния (S) системы (Э ≡ 1n5), или мера поведения системы, мера беспорядка, хаоса, неорганизованности, находит самое широкое распространение в последнее время, и мы в этой работе в дальнейшем будем пользоваться именно этой первой формой энтропии;

вторая форма энтропии -это мера неопределенности информации, которая дает сведения о некоторой системе;

третья форма - это энтропия Молекулярного (микроскопического) множества;

четвертая форма - это энтропия, или неопределенность состояния, любой не вполне упорядоченной системы вплоть до макроскопических множеств.

Наряду с обычной положительной энтропией в природе существует антиэнтропия, или отрицательная энтропия, т.е. энтропия с отрицательным знаком. Система, как правило, обладает антиэнтропией (отрицательной энтропией), когда для нее не существует полной процедуры или алгоритма воспроизведения.

Некоторый ограниченный перечень систем и процессов - носителей положительной, отрицательной и нулевой энтропии приведен в табл. 1.1, заимствованной из.

Как правило, все системы нуждаются в ремонте и восстановлении, после чего происходит снижение их энтропии. Для этого требуется обслуживающий персонал, который периодически, после каждого ремонта, понижает их энтропию. Исключением является мозг человека с его нейронной сетью, который не нуждается во внешнем обслуживании со стороны человека, который периодически (за счет "ремонта" и профилактики) понижал бы энтропию мозга. Этот факт наводит на мысль, что нервные клетки сами являются носителями необходимой антиэнтропии (отрицательной энтропии), и при гибели нервных клеток выделяется антиэнтропия, необходимая для мышления, и "топливом" для мыслительной деятельности мозга служат погибающие в каждый момент корковые нейроны. Предполагают, что импульсы погибающих нейронов переходят в кванты отрицательной энтропии (антиэнтропи), поэтому человеческий мозг в среднем может совершать до сотни мыслительных антиэнтропийных операций в секунду.

Связь в системе между веществом (массой), энергией и информацией из-за разности энергетических потенциалов на 21 порядок невозможно объяснить, если не допустить существование, кроме вещества и энергии, еще дополнительной формы (поля) состояния объективной реальности -негэнтропии. Негэнтропийное поле, или связанная информация, существует во всех уровнях иерархии систем. Если вещество (масса) системы связано с полем механических и гравитационных сил, а энергия системы связана с электромагнитным и температурным полями, то негэнтропия системы связана с негэнтропийным полем, которое является носителем информации. Поскольку информация как нематериальный процесс не может прямо воздействовать на вещество и энергию системы и ее изменить, то информация, полученная системой, воздействует на негэнтропию системы, а негэнтропия, в свою очередь, имеет связь с энергией и массой. Негэнтропия определяет наличие в системе как связанной информации, так и упорядоченности и порядка в структуре. Поэтому разными формами проявления систем является энергия, вещество (масса) и негэнтропия. Различные системы действуют друг на друга путем обмена энергией, веществом и негэнтропией. В каждой из отдельных систем может доминировать либо энергия, либо вещество, либо негэнтропия (информация).

Для общей наглядности изменение (уменьшение) энтропии открытой системы рассмотрим в виде взаимодействия открытой системы с внешней средой и воздействие внешней среды на систему. Открытые системы обмениваются с внешней средой веществом, энергией, информацией и за счет этого изменяют свою структуру, повышают упорядоченность, организованность и уменьшают свою энтро пию. Примером служат все эффекты самоорганизации в живой и неживой природе, биологическая эволюция, возникновение и развитие человеческого общества. Открытые системы, получая из внешней среды энергию, вещество, информацию понижают свою энтропию и повышают упорядоченность и организованность своей структуры в основном за счет роста энтропии в окружающей среде.

В самом деле, при любом изменении состояния открытой системы и изменение ее энтропии ∆Э можно выделить две составляющие:

∆Э = ∆Э1+∆Э2,

где ∆Э, есть изменение энтропии системы за счет обмена (получения) данной системы с внешней средой энергией, веществом, информацией, а ∆Э2 есть изменение энтропии в результате процессов, происходящих внутри самой системы без влияния внешней среды. Если изменение ∆Э1 за счет воздействия внешней среды через энергию, информацию, вещество направлено в сторону уменьшения неравновесности, создания новых возможностей, то изменение ∆Э2 самопроизвольно всегда направлено к ее росту, равновесию. Для необратимых процессов всегда ∆Э2 > 0, а для обратимых - ∆Э2 = 0.

В отличие от открытых систем закрытые, или изолированные, системы не обмениваются с внешним миром и поэтому для них ∆Э = ∆Э ≥ 0, что говорит о том, что энтропия закрытых систем необратима и не может уменьшаться, а только увеличиваться, что приводит к постепенному разрушению первоначальной структуры этих систем за счет нарастания в них неопределенности и хаоса, вызываемых возрастанием энтропии.

Поскольку в силу второго закона термодинамики для любых систем, в том числе открытых имеет место ∆Э2 > 0, то общее уменьшение энтропии и увеличение организованности открытых систем возможны лишь за счет составляющей ∆Э1, < 0. Так, например, живой организм может оставаться живым, только постоянно извлекая из окружающей среды отрицательную энтропию одновременно увеличивая ее положительную энтропию. Очевидно, что для повышения степени организованности открытой системы она должна быть неравновесной, и поэтому Э < Эмакс. Известно, что неравновесные системы более организованны, чем равновесные и обладают меньшей энтропией.

В качестве универсального параметра состояния систем иногда вместо энтропии (Э) используют обобщенную энтропию (ОЭ), что вызвано тем, что мы живем в мире не только молекулярной неупорядоченности, где в качестве параметра состояния используется энтропия (Э), но и в мире макронеупорядоченности и макронеопределенности сложных систем, когда целесообразно использовать вместо энтропии обобщенную энтропию. Однако в дальнейшем, для простоты, даже в сложных системах для характеристики беспорядка и неопределенности условно будем использовать Э вместо ОЭ. Одновременно отметим, что абсолютное значение отрицательной энтропии системы отличается от ее негэнтропии (НЭ).

Энтропия (Э) системы как количественная мера беспорядка системы определяется числом допустимых состояний (S) системы. Поэтому энтропию определяют как натуральный логарифм числа допустимых состояний системы, т.е. Э = 1nS. Энтропия системы тем больше, чем больше число допустимых состояний системы. При S =1, Э ≡ 1n1=0, а при S = SMaKC, Э ≡ lnSMакс = Эмакс.

Изолированная, или закрытая, система А3, состоящая из двух закрытых, или изолированных (не контактирующих), систем А1 и А2 (рис. 2.1) будет иметь S1 · S2 число допустимых состояний, где S1 -число допустимых состояний системы A1, a S2 - системы А2. Тогда

Всякая закрытая, или изолированная, система (A1, A2, A3) стремится к равновесному состоянию, когда число допустимых состояний системы максимально (Sмакс) и, следовательно, их энтропия тоже максимальна (Эмакс). Точнее, энтропия любой изолированной системы с подавляющей вероятностью со временем будет возрастать или, в крайнем случае, останется постоянной, т.е. ∆Э ≥ 0.

Теперь рассмотрим закрытую систему А3, не взаимодействующую со средой или другими системами и состоящую, со своей стороны, из двух открытых, или взаимодействующих (неизолированных), систем А1 и А2 (рис. 2.2). Для такой изолированной (закрытой) системы, состоящей из взаимодействующих систем, существует принцип компенсации энтропии, который гласит, что "в не изолированной, а значит, во взаимодействующей системе, энтропия одной системы может быть уменьшена только в том случае, если в процессе взаимодействия с другой или с другими системами происходит компенсирующее увеличение энтропии другой системы". Тогда для двух открытых и взаимодействующих систем A1 и А2, находящихся внутри изолированной (закрытой) системы А3, справедливо выражение по изменению энтропии ∆Э3 = ∆Э1 + ∆Э2 ≥ 0, из которого следует, что если внутри изолированной системы А3 в одной системе (например А1) происходит снижение энтропии, то в другой (А2) - энтропия должна на столько же увеличиться ∆Э2 ≥ 0, чтобы удовлетворить условие ∆Э3 ≥ 0 для изолированной системы А3. В самом деле, энтропия Э3 общей изолированной системы А3, состоящей из двух взаимодействующих (неизолированных) систем А1 и А2, будет с подавляющей вероятностью возрастать или, в крайнем случае, оставаться постоянной (∆Э3 > 0),что справедливо для любой изолированной системы. Из указанного принципа компенсации следует, что понижение Э в одной части изолированной системы и, следовательно, увеличение порядка, требует обязательного повышения Э и, следовательно, увеличения беспорядка в другой части этой же системы, чтобы они компенсировали друг друга. Таким образом, если две (А1 и А2) или больше открытых системы взаимодействуют друг с другом и вместе составляют изолированную (закрытую) систему А3, тогда общая закрытая система А3 остается равновесной, если изменение энтропии одной системы будет равно изменению энтропии другой системы с противоположным знаком.

Рис. 2.2. Объединенная (закрытая), или изолированная (не взаимодействующая с другими), система A3, состоящая из двух неизолированных, или открытых, взаимодействующих систем А1 и А2

Принцип компенсации энтропии как универсальный принцип изолированных систем должен распространяться также и на семью, если семью условно рассматривать как изолированную систему, состоящую из подсистем: родителей и детей. Поэтому снижение энтропии семьи за счет гениальных и весьма значимых в мировой политике, культуре, науке людей, какими являлись Пушкин, Лермонтов, Достоевский, Моцарт, Бетховен, Александр Македонский, Наполеон Бонапарт, Ленин и др. (были проанализированы около 500 человек), из-за компенсации энтропии приводило к повышению Э их детей, и все они оказывались по своему потенциалу и профессиональным способностям не столь значимыми и весомыми в мировой культуре, и, как правило, даже ниже среднего уровня (подтверждается пословица "Бог и природа отдыхают на детях гениальных и талантливых людей"). Поэтому, по-видимому, природное или искусственное стремление одних членов семьи к достижению чрезмерно высоких вершин и материального благополучия обусловливает снижение потенциала других членов семьи и не приносит общего счастья в семью. Иногда возражают, вот, например, отец академик и сын тоже стал академиком. Однако в данном случае речь идет не о рядовых академиках, но о людях, существенно повлиявших на мировую науку и культуру, мировые события и процессы. Кроме того, раз это закономерность, а не закон, то допускаются определенные исключения.

Принцип компенсации энтропии правомерен только в процессах, происходящих внутри изучаемой системы, если она находится внутри изолированной системы и влияние окружающей среды или других внешних систем сводится к одному параметру - степени открытости системы.

Исходя из указанного принципа компенсации энтропии, следует, что, например, США и Европа снижают свою Э (а следовательно, улучшают свое состояние) за счет повышения (настолько же или чуть больше) Э третьих стран, включая Россию и страны СНГ, завоевывая их рынки сбыта, тормозя развитие промышленности и сельского хозяйства этих стран, осуществляя долларовую экспансию и сбрасывая свои излишние отходы, энтропии, т.е. в эти страны. МВФ также работает на снижение Э развитых стран и на "золотой миллиард" за счет повышения Э третьих стран, России и стран СНГ, контролируя их реформы, финансы и экономику в целом, чтобы в конечном итоге ослабить их конкурентоспособность, затруднить их выход на глобальный рынок. Правда, с другой стороны, они снабжают остальные страны современными технологиями, например сотовыми телефонами и другими информационно-коммуникационными средствами, которые улучшают функционирование этих стран, и тем самым снижают энтропию. Но этого мало, поскольку не компенсируются ухудшения, возникающие по другим причинам.

Такие действия обеспечивают стабильность роста и развития экономик США и Запада. Однако из-за постепенного исчерпания рынков сбыта своей традиционной продукции и снижения экспансии доллара в этих странах, возможно, наступит "перегрев" и, как следствие, кризис экономики США, если новый сектор экономики, основанный на продукции информационных технологий, не обеспечит сохранение и даже расширение рынков их сбыта (новые, более современные компьютеры, новые программы, улучшенные компьютерные сети, Интернет и т п.).

Успехи развития одной семьи, группы людей, слоя общества или одного государства, влекущие снижение их Э, часто возможны только при одновременном повышении Э в других семьях, других слоях общества, государствах или окружающей среде.

Поэтому, как правило, невозможен всеобщий прогресс и благоденствие. Однако для улучшения ситуации необходимо научиться так управлять системой, чтобы отводить из нее излишнюю энтропию (ДЭ) в другие системы, во внешнюю среду или в мировое пространство.

Невозможен мир без войн, без оружия, без конфликтов, без стихийных бедствий и катастроф. Однако, как следует из принципа компенсации энтропии и энтропийных колебаний, вокруг точки энтропийного равновесия возможно такое управление системой, когда снижение амплитуды и частоты энтропийных колебаний минимизирует неприятности.

По динамическому энтропийному равновесию между порядком и беспорядком в системах можно определить рациональные пути развития систем.

Любую человеческую деятельность необходимо направить таким образом, чтобы обеспечить более высокие темпы снижения энтропии, чем темпы ее роста в системе.

Известно, что в системах параллельно протекают два противоположных процесса: изменение Э и негэнтропии (НЭ). Напомним, что НЭ является количественной мерой порядка, упорядоченности внутренней структуры системы. Направления действия Э и НЭ противоположны, и увеличение в системе НЭ вызывает такое же уменьшение Э. Однако Э и НЭ изменяются в системе по самостоятельным закономерностям.

С ростом Э системы увеличивается ее неопределенность, и для того чтобы уменьшить эту неопределенность системы, необходимо ввести в систему НЭ (информацию, знание, упорядоченность). Если в системе рост НЭ опережает рост Э, тогда в системе преобладает прогрессивное развитие и организованность системы, если же наоборот, рост НЭ отстает от роста Э, тогда преобладают деструктивные процессы в системе и растет беспорядок.

Поэтому глобальной целью общества должно быть обеспечение ускоренного или, по крайней мере, равного роста НЭ по сравнению с ростом Э в системе. Так, например, если удастся в будущем необходимую человечеству энергию получить не из нефти, угля и газа, а из гравитационного поля или магнитного поля Земли, или термоядерного синтеза, тогда не произойдет увеличение Э планеты. Важно научиться управлять безэнтропийным или малоэнтропийным процессами для получения необходимой человечеству энергии из гравитационного поля, термоядерного синтеза, солнца, ветра и т.п., которые при их использовании практически не повысят Э планеты.

В современном мире основными причинами увеличения Э можно считать :

преступность, терроризм, разрушительные войны и межнациональные, межрелигиозные, межгосударственные конфликты;

природные и техногенные бедствия и катастрофы, исчерпание энергии и природных ресурсов;

эпидемии, болезни, быстрое старение, сокращение народонаселения;

экономические и социальные кризисы;

отсутствие доверия к власти и средствам массовой информации;

боязнь за завтрашний день;

обогащение не по результатам труда, коррупция и упадок дисциплины;

несправедливость, неопределенность и безысходность.

Для снижения Э, по-видимому, необходимо в первую очередь увеличить НЭ общественного сознания и через него увеличить НЭ материального мира.