Фэндом

Виртуальная лаборатория

Феномен человека 2: ФИЗИЧЕСКИЙ МИР

204 619статей на
этой вики
Добавить новую страницу
Обсуждение0 Поделиться

© Сергей Яковлев, 2004 - 2006

Все авторские права данной страницы принадлежат автору. Копирование, распространение, перевод данного произведения может быть выполнен только при письменном согласовании с автором и возможной выплаты авторского вознаграждения.




§8. Физический мир Править

Итак, как оказалось в прошлой главе, под пустотой мы раньше неосознанно понимали равномерность. Здесь же мы посмотрим, к чему приводит равномерность утверждение, что полная равномерность не существует, т.е. что такое жизнь в физическом мире.

§8.1. Энергия Править

Мы уже говорили, что разнообразие – это противоположность пустого, и оно возможно лишь при вечном движении. Причины этого движения пока уточнять не будем (в кратце они сформулированы в § 7.4.). А раз движение вечно, значит вечно существуют тела, а если нет движения, то и нет материального тела, т.е. если тело не имеет своей скорости, то оно не существует материально. То что предмет стоит на месте, это еще не значит, что он не движется, и не имеет скорости, т.к. скорость имеют частицы из которых он состоит. С другой стороны, каждое тело имеет свою массу, отличную от нуля, иначе бы оно не существовало бы.

Таким образом, любое материальное тело можно охарактеризовать скоростью и массой. И только тогда, когда тело будет иметь скорость и массу оно будет существовать.

Но, чтобы охарактеризовать тело одним параметром нужно, чтобы он зависел от скорости и массы – этот параметр называется энергией:

(закон Эйнштейна).

Теперь для существования материального тела нужно только одно условие – чтобы оно обладало энергией.

А это значит, что все состоит только из энергии (вся Вселенная, каждая галактика, звезда, планета, разумный человек, животное, все минералы, все атомы, электроны, протоны, нейтроны). Скопившись в одном месте и в нужном количестве энергия превращается в элементарные частицы, которые в свою очередь образуют атомы, молекулы и т.д. до бесконечности.

§8.2. Все стремится к стабильности Править

Другая формулировка “Все, что должно упасть - упадет”. Т.к. мы определили, что любое состояние частицы однозначно определяется энергией. С точки зрения частицы, ей не выгодны перепады энергии, и она хочет сохранить свою энергию постоянно, т.е. двигаться с одинаковой скоростью и обладать той же массой. И чем меньше перепадов, тем меньше работы (действий) совершают частицы. Поэтому стабильность можно определить как наибольшую вероятность быть в состоянии с определенной энергией.

В каком же случае наблюдается наибольшая стабильность?

Как ни странно – при минимуме энергии, т.е. чем энергия частицы меньше, тем она более стабильна. Таким образом, любая частица стремиться остановиться и превратиться в пустоту.

Рассмотрим более подробно – как связан минимум энергии со стабильностью. При минимуме энергии доступно меньшее количество возможных состояний частицы. А следовательно при минимуме возможных состояний появляется наибольшая вероятность быть в каком либо одном (определенном) состоянии. Это и приводит к наибольшей стабильности и наименьшим действиям, но допускает колебания (которые будут рассмотрены далее для органических веществ). Колебания поэтому не дают частицам превратиться в пустоту, а наоборот приводят к самоорганизации материи.

§8.3. Свободная энергия Править

Но если бы существовало бы только это стремление к наименьшему действию, то все не успев появиться превращалось бы в пустоту. Но это не происходит, и этому есть объяснение. Для этого вводят более точное понятие свободной энергии, и именно к минимуму свободной энергии стремятся все частицы (и материальные тела). Отличия существенны:

(свободная энергия Гельмгольца);

Свободная энергия = Энергия частицы – Температура Энтропия.

В таком случае появляются различные варианты достижения минимума свободной энергии, а следовательно наименьшего действия. Таких основных вариантов три:

  1. При минимальной энергии частицы, в которой она находиться – т.е. классический вариант стремления к пустоте (равномерности);
  2. При максимальной энтропии, что достигается при высокой энергии, т.е. при наличии большого числа возможных состояний (подробнее § 8.4.);
  3. При высокой температуре, что достигается при высокой скорости изменения энтропии (это выходит из самого определения температуры, которая определяется как величина, обратная скорости изменения энтропии S в системе с энергией E: ).

Как видим, за исключением классического случая, достижение минимума свободной энергии прямо или косвенно зависит от понятия энтропии, к которому мы и переходим.

§8.4. Энтропия Править

Самое простое определение энтропии следующие: энтропия – это число доступных состояний какой-либо материальной частицы. Более точно , где - постоянная Больцмана, а - логарифм числа доступных состояний.

При максимуме энтропии – материальная частица полностью свободна, т.е. может принимать любое состояние (тогда число можно заменить на - объем, доступный для частицы). Число микросостояний растет с энергией, т.е. чем больше энергия, тем большим числом способов ее можно разделить.

Таким образом, кроме принципа наименьшего действия, существует другая стратегия поведения частицы. Частица предпочитает находиться в таком состоянии, при котором она имеет наибольшую свободу, что само по себе противоположно принципу наименьшего действия.

Но эти два принципа хорошо уживаются вместе, так например, при разрыве связей между частицами растет энергия (выделяется энергия). Чтобы избежать разрыва связей, т.е. действовать по принципу наименьшему действия и сохранить минимум энергии, частицы изворачиваются в определенное положение, и тем самым уменьшают степень своей свободы, т.е. энтропию. Таким образом, во имя первого принципа, жертвуем вторым. Если же нельзя было бы дальше изворачиваться, то произошел бы разрыв связей, но зато увеличилась бы энтропия и частица приобрела бы большую свободу (т.е. за не возможностью добиться первого принципа, компенсировалось бы вторым). Эти соотношения влияют на понятие растворяемости в другой среде.

Еще два примера:

(1) Молекул в единице объема (например, легких) меньше там, где сила тяжести больше, а значит и больше энергия. Так как молекул мало, то высокая энтропия с одной стороны компенсирует большую энергию, но с другой стороны, из-за этого же происходит мало столкновений, что приводит к низкой температуре. В итоге есть момент когда энтропия умноженная на температуру не может компенсировать возрастание энергии. Кстати, поэтому на высоте (в горах) трудно дышать.

(2) Рассмотрим два случая:

  1. Тело не обменивается теплом с окружающей средой

Так, например, камень брошенный с 9-ого этажа, летит с большой скоростью, и не успевает обмениваться теплом с воздухом (поэтому этим можно пренебречь). В таком случае, стабильное состояние с минимумом энергии, т.е. на земле. Получаем классический случай по принципу наименьшего действия.

  1. Тело обменивается теплом с окружающей средой

Например, молекулы воздуха падают на землю под действием той же силы тяжести. Но почему-то никогда не упадут окончательно. Дело тут в том, что с одной стороны существует большое количество молекул, что увеличивает вероятность столкновений, что приводит к нагреванию. А когда тепло возбуждает молекулы, они начинают захватывать многочисленные состояния с более высокой энергией, т.е. энтропия и температура растет, а свободная энергия падает. Поэтому несмотря на силу тяжести (определенную энергию) молекулы подымаются, а не падают на землю. Значит и в этом случае стабильное состояние достигается при минимуме свободной энергии. Это происходит из-за зависимости от температуры, объема и количества молекул (т.е. их плотности в единице объема).

Таким образом, здесь мы имеем полную картину соотношения двух принципов:

  1. Принципа наименьшего действия;
  2. Принципа наибольшей свободы.

* * *

Итак, мы видим, что эти два принципа могут объяснить довольно большую часть понятий в физическом мире. И основаны на большом количестве физических терминов, и из этого могут делать (и делают) большое количество выводов и следствий.

Но нас интересует, главным образом, то, что эти принципы положены в основу того, что в §4, мы назвали “возникающие условия” и более точно определяют причины постоянного движения материи. Эти принципы можно было бы рассмотреть еще более подробно и определить как они связаны с геометрией пространства, но пока мы это опустим, дабы уяснить себе более общую картину “живого и неживого мира”, и понять, что стоит за термином “существование”.

Обнаружено использование расширения AdBlock.


Викия — это свободный ресурс, который существует и развивается за счёт рекламы. Для блокирующих рекламу пользователей мы предоставляем модифицированную версию сайта.

Викия не будет доступна для последующих модификаций. Если вы желаете продолжать работать со страницей, то, пожалуйста, отключите расширение для блокировки рекламы.

Также на Фэндоме

Случайная вики