1 Ce este entropia
2 entropia termodinamică
3 Entropy univers
4 Entropia și informații
6 Entropia și viața. ordonare biologică
bibliografie
1 Ce este entropia
Dintre toate cantitățile fizice care au intrat într-o știință în secolul al XIX-lea. Entropia are un loc special din cauza destinului său extraordinar. Încă de la început, entropia este stabilit în teoria motoarelor termice. Foarte curând, cu toate acestea, această teorie sa dovedit a fi aproape de ea, și a pătruns în alte domenii ale fizicii, în special în teoria radiațiilor. Expansiunea entropiei nu este limitată la aceasta. În contrast, de exemplu, din alte cantități termodinamice entropie traversat destul de repede granițele fizicii. Acesta a invadat zonele adiacente: cosmologie, biologie, și în cele din urmă, teoria informației [6].
Conceptul de entropie este un multi-evaluate, este imposibil să-i dea numai o definiție precisă. Cele mai frecvente sunt următoarele:
Entropia - o măsură de incertitudine, măsura de haos.
În funcție de domeniul cunoașterii, emit mai multe tipuri de entropie entropie termodinamică, informații (Shannon entropie), culturale, entropia Gibbs, entropia de Clausius și multe altele.
Boltzmann entropia este o măsură de tulburare, dezordine, omogenitatea sistemelor moleculare.
Sensul fizic al entropiei devine clar atunci când se analizează conținutul microstările. Boltzmann a fost primul care a stabilit o legătură cu starea de probabilitate entropiei. În formularea declarației Max Planck exprimând această relație și a numit principiul Boltzmann, este o simplă formulă
Boltzmann nu a scris el însuși această formulă. Planck a făcut. El face parte, de asemenea, administrarea constanta Boltzmann kB. Termenul „principiu Boltzmann“ a fost introdus de Einstein. Termodinamic W stări de probabilitate sau greutatea statistică a acestui stat - un număr de moduri (numărul microscopice) care pot fi utilizate pentru a pune în aplicare această macrostări [6]. Clausius entropie este proporțională cu cantitatea de energie legat, fiind în sistem, care nu pot fi transformate în muncă. Shannon Entropia cuantifică precizia semnalului transmis și utilizat pentru a calcula cantitatea de informații.
Să considerăm entropia termodinamică, Shannon entropie (informații), comunicațiile și ordonarea entropie biologică.
2. entropia termodinamică
Entropia ca o cantitate fizică a fost introdusă pentru prima dată în termodinamica R. Clausius în 1865. El a definit schimbarea entropie a sistemului într-un proces termodinamic reversibil ca modificări în raport cantitatea totală de căldură δQ la magnitudinea temperaturii absolute T:
Entropy in termodinamica - măsurarea disipare ireversibilă a energiei, este o funcție a stării termodinamice a sistemului [8].
Existența entropie cauzate de a doua lege a termodinamicii. Deoarece orice sistem real, care trece printr-un ciclu de operații și revine la starea inițială, funcționează doar creșterea entropiei mediului la care sistemul este în contact. Acest lucru înseamnă, de asemenea, că ceea ce nu contează stadiu al ciclului de cantitatea de schimbare în entropia sistemului și mediul extern nu poate fi negativă. Astfel, a doua lege a termodinamicii are următorul cuprins:
Cantitatea de variația de entropie a sistemului și a mediului extern nu poate scădea.
Prin urmare, universul ca un întreg nu poate reveni la starea inițială.
Rudolfom Klauziusom prima și a doua legile termodinamicii au fost rezumate după cum urmează:
Energia universului este constantă.
Entropia universului tinde la maximum.
Datorită proceselor ireversibile entropie sistem izolat continuă să crească până la până când atinge valoarea maximă posibilă. Realizat în această stare este o stare de echilibru. [7, pp 130] Din această formulare a doua modalitate presupune că sfârșitul universului proces evolutiv trebuie să ajungă la o stare de echilibru termodinamic (o stare de moarte termică), ceea ce corespunde unei întreruperi completă a sistemului. Ideea de la moartea termică a universului, care rezultă din modul de redactare a doua lege propusă de Clausius, - un exemplu de transfer de necorespunzătoare a legilor termodinamicii într-o zonă în care nu funcționează. aplica legile termodinamice, așa cum este cunoscut numai la sistemul termodinamic, cum ar fi universul nu este [6].
3. Entropia universului
După cum sa menționat deja, legile termodinamicii nu pot fi aplicate la universul ca întreg, deoarece nu este un sistem termodinamic, dar în univers poate fi identificat subsistem, care se aplică descrierea termodinamic. Aceste subsisteme includ, de exemplu, toate obiectele compacte (stele, planete, și altele.) Sau radiație de fond (temperatura de radiație termică cu 2,73 K). radiații cosmice de fond are originea în Big Bang, care a dus la formarea universului, și a avut o temperatură de aproximativ 4000 K. În timpul nostru, adică, după 10-20 de miliarde de ani dupa Big Bang, este primar (relicva) radiații, au trăit toți acești ani în univers în expansiune , răcit la temperatura menționat. Calculele arată că entropia totală a tuturor obiectelor observate compacte este neglijabilă în comparație cu entropia CMB. Motivul pentru acest lucru, în primul rând prin aceea că numărul de fotoni primordiale foarte mari: pentru fiecare atom din univers pentru aproximativ 109 fotoni [6]. considerare componenta de entropie a universului conduce la o altă concluzie. Conform estimărilor actuale, entropia totală a universului, care poate fi observată cu mai mult de 1030 de ori mai mică decât entropia substanței de aceeași parte a universului condensat într-o gaură neagră. Acest lucru arată cât de departe universul care ne înconjoară o parte a statului cele mai dezordonate.
4 Entropia și informații
Deja a menționat Rudolf Clausius, de asemenea, deține o altă formulare a doua lege a termodinamicii: „Nu se poate procesa doar rezultatul care ar fi un transfer de căldură de la rece la un corp mai fierbinte.“
Un experiment de gândire propus de James Clerk Maxwell în 1867, să presupunem că un vas cu membrană impermeabilă la gaz este împărțit în două părți: stânga și dreapta. Gaura șicană cu un dispozitiv (așa-numitul demon al lui Maxwell), care permite zbura rapidă molecule (fierbinte) de gaz numai din partea stanga la dreapta vasului, și un lent molecule (rece) - numai partea dreaptă a navei spre stânga. Apoi, printr-o lungă perioadă de timp, moleculele fierbinți vor fi în container corect și rece - în stânga [4].
I (x, y) = log (p (x / y) / p (x)),
unde p (x) - x probabilitatea de eveniment la eveniment y (probabilitate necondiționată); p (x / y) - x probabilitatea y apariție eveniment furnizat (probabilitate condiționată).
Sub evenimente x și y se înțelege în general stimul și de intrare de răspuns și o ieșire, sensul de două variabile diferite ce caracterizează starea sistemului, evenimentul mesajului său. Valoarea I (x) se numește informațiile private conținute în evenimentul x.
Luați în considerare acest exemplu: ni sa spus (y), că regina stă pe o tablă de șah într-o poziție x = a4. Dacă mesajul probabilitatea sta regina în toate pozițiile au fost aceleași și egale cu p (x) = 1/64, informațiile primite este egal cu
I (x) = log (1 / (1/64)) = log (64) = 6 biți. [3, p.12]
Ca informații Accept unitatea de informații într-un mesaj autentic despre eveniment, probabilitatea prealabilă este egală cu 1/2. Această unitate se numește „biți“ (de cifre binare în engleză). [1]
Acum, să presupunem că mesajul primit nu este destul de precisă, de exemplu, ni sa spus că regina este în valoare dacă în poziția a3, a4 sau în poziție. Apoi, probabilitatea condiționată de a rămâne în poziția x = a4 nu mai este, și p (x / y) = ½. Informațiile primite va fi egal cu
I (x, y) = log ((1/2) / (1/64)) = 5 biți,
care este redus cu 1 bit față de cazul precedent. Astfel, informația reciprocă a mai mult, cu atât este mai mare acuratețea mesajului, și în limita se apropie de propriile sale informații. Entropia poate fi definită ca o măsură de incertitudine sau ca măsură de varietatea de stări posibile ale sistemului. Dacă sistemul poate fi într-una din stări m echiprobabile, entropia H este
De exemplu, numărul diferitelor poziții posibile pe o tablă de șah regină gol egală cu m = 64. Prin urmare, entropia stările posibile este egal cu
H = log64 = 8 biți.
Dacă o parte din tabla de șah ocupat de cifre și nu este disponibil pentru regina, diversitatea statelor sale posibile și scăderea entropiei.
Putem spune că entropia este o măsură de libertate a sistemului: mai multe grade de libertate ale sistemului, cu atât mai puțin a impus restricții, cu atât mai mare, de regulă, și entropia sistemului [3 S.13-15]. Astfel la zero corespunde entropiei completă de informații (gradul de ignoranță zero) și entropia maximă - ignoranță totală microstările (grad maxim de ignoranță) [6].
Fenomenul de scădere a entropiei ca urmare a informațiilor reflectă principiile stabilite în 1953 de fizicianul american Leon Brillouin, care a studiat interconversia de energie. Formularea următorul principiu: „Informația este o contribuție negativă la entropie.“ Principiul se numește principiul negentropia informațiilor [5]. Conceptul de entropie negativă (la fel ca și entropia negativă sau sinropiya) se aplică și pentru sistemele vii, aceasta înseamnă că enropiyu un sistem viu este exportator de a reduce propria entropie.
6. Entropia și viața. ordonare biologică
Problema relației vieții la a doua lege a termodinamicii - este întrebarea dacă viața este o insulă de rezistență la a doua de sus. Într-adevăr, evoluția vieții pe Pământ vine de la simplu la complex, iar a doua lege a termodinamicii prezice drumul de întoarcere al evoluției - de la simplu la complex. Această contradicție se explică în cadrul termodinamicii proceselor ireversibile. Un organism viu ca un sistem termodinamic deschis consumă mai puțin entropie decât emite în mediul înconjurător. Valoarea entropiei în alimente este mai mică decât în produsul izolat. Cu alte cuvinte, un organism viu există datorită faptului, că are capacitatea de a arunca entropie generate aici, datorită proceselor ireversibile, a mediului [6].
Astfel, cel mai clar exemplu este ordonarea organizării biologice a organismului uman. Coborârea entropie când numita organizație biologică compensată cu ușurință procese fizice și chimice triviale, în special, de exemplu, prin evaporare 170 g de apă [1].
bibliografie
Știri asociate: