Почему «беспорядок» ― это плохая метафора для энтропии?

Рубрика: Физика и математика
228

Наиболее широко известное в массах определение энтропии — мера беспорядка. Так вот, это крайне неудачное определение. Потому что энтропия — это вообще не про хаос в его житейском понимании. Совершенно неправильно думать, что убирая квартиру перед приходом гостей, вы энтропию снижаете.

 

Энтропия была введена в физику и до сих пор существует как теоретический предел возможности извлечения энергии из системы, и количество забытых на столе чашек и разбросанных носков тут совершенно ни при чем. Сами подумайте. Это же физика. Наука. Чем вы будете мерить степень беспорядка в комнате? Так, чтобы можно было цифрами выразить? Субъективное ведь понятие.

 

Для лучшего понимания приведу задачу. Давным-давно в далекой галактике, в центре огромного воида летели два астероида. Один большой и один поменьше. Они столкнулись. Напомню, все это в центре воида. Все внешние силы и даже гравитация настолько малы, что о замкнутости системы мы можем утверждать. И вот эти два астероида столкнулись. Возможны два варианта развития событий:

  1. они разлетелись на 1000 осколков;
  2. они слиплись.

Внимание, вопрос! Где энтропия повысилась сильнее и почему?

 

Люди, привыкшие к метафоре «энтропия — мера беспорядка», чаще всего называют в качестве правильного ответа первый вариант. Он выглядит верным интуитивно. От чего больше хаоса — от одинокого астероида в пустоте или от болтающихся туда-сюда тысячи осколков?

 

Но давайте подумаем, что дальше с этими кусками произойдет? Тут тоже возможны варианты, но давайте выберем тот, где они разлетелись с небольшой скоростью (не больше 2-й космической скорости для самого большого из кусков).

 

Система замкнута — никаких внешних сил нет. А между кусками действует гравитация. Да, маленькая. Но в воиде им летать миллиарды лет. В то же время скорость, меньшая 2-й космической, означает, что деваться им друг от друга некуда — будут падать друг на друга опять. Каждый такой удар — выделение тепла и рост энтропии. То есть энтропия такой системы будет постоянно расти. И даже если силы соударений не будет хватать для их «сплавления», за дело возьмутся трение и диффузия, превратив слипшуюся кучу в единый монолит. То есть конечный результат через миллиарды лет — один слипшийся комок. Ровно то, что в варианте со слипанием от первого соударения мы получили сразу.

 

Продолжение статьи читайте в майском номере журнала "Наука и техника" за 2021 год.  Доступна как печатная, так и электронная версии журнала. Оформить подписку на журнал можно здесь.

 

В магазине на сайте также можно купить магнитыкалендарипостеры с авиацией, кораблями, сухопутной техникой.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.