Az entrópia fogalma, a jog és a változási folyamat az entrópia a rendszer
Gyakori a fizika megfogalmazása a termodinamika második törvénye kimondja, hogy az energia egy zárt rendszerben hajlamos arra, hogy egyenletesen oszlik el, azaz a rendszer hajlamos a állapotában maximum entrópia.
A megkülönböztető jegye az élő szervek, az ökoszisztémák és a bioszféra egésze képes létrehozni és fenntartani a magas fokú belső rend, azaz a állapotban alacsony entrópia. Az entrópia fogalmának a jellemző része a teljes energia, hogy nem lehet használni, hogy készítsen a munka. Ellentétben szabad energiát lebomlik, a kiégett energiát. Ha jelöli a szabad energia F és az entrópia S. keresztül a teljes E energiáját a rendszer lesz egyenlő:
ahol T - abszolút hőmérséklete Kelvin.
A definíció szerint a fizikus E. Schrödinger: „Az élet - A rendezett és rendszeres anyag viselkedését, amely nemcsak a trend mozogni ahhoz, hogy betegség, hanem részben a létezését a rend, amely mindenkor fenntartani. -. azt jelenti, amellyel a szervezet önmagát erősíti folyamatosan kellően magas szintű rendezettség (még mindig elég alacsony entrópia) ténylegesen áll a folyamatos extrakciójával rendelés a környezetet. "
A magasabb rendű állatok, tisztában vagyunk az a fajta rend táplálékául, nevezetesen: erősen rendezett halmazállapot egy többé-kevésbé komplex szerves vegyületek szolgálnak nekik ételt. Használat után helyezze vissza az állatokat, ezek az anyagok nagyon leromlott formájában azonban nem teljesen bomlik le, mivel azok továbbra is felszívódik növények.
Azoknál a növényeknél, egy hatalmas forrása „negatív entrópia” - negatív entrópia - a napfény.
Az ingatlan az élő rendszerek kivonat érdekében a környezet okozta egyes tudósok arra a következtetésre termodinamika második törvénye nem az ilyen rendszereket. Ugyanakkor a második törvény egy másik, általánosabb megfogalmazás, amely érvényes nyitva, beleértve élő rendszerek. Azt állítja, hogy az eredményes spontán energia átalakítása mindig kisebb, mint 100%. Szerint a termodinamika második törvénye, a fenntartó a földi élet anélkül, hogy a napenergia beáramlása nem lehetséges.
Ismét utalva Schrödinger: „Minden, ami történik a természetben, növekedést jelent az entrópia az univerzum, ahol sor kerül. Csakúgy, mint egy élő szervezet folyamatosan növeli entrópia, vagy termel pozitív entrópia és így közelebb a veszélyes állapot - maximális entrópia, ami egy halál. Ő lehet elkerülni ezt a feltételt, azaz életben maradni, hanem véglegesen eltávolítja a környezet negatív entrópia. "
energiaátadás ökoszisztémák és annak elvesztése
Mint ismeretes, az ökoszisztémák élelmiszer energia átadása a forrásától - a növény - keresztül számos szervezetben előforduló eszik más élőlények, akkor átmegy a táplálékláncban. Minden, egymást követő átadás egy nagy részét (80-90%), a potenciális energia elvesztette hővé alakul. Megy keresztül minden link csökkenti a rendelkezésre álló energia mintegy 10-szer. Környezeti energia piramis mindig keskenyedik felfelé, ahogy az egyes egymást követő szinten az energia elvész (1.).
A hatékonyság a természetes rendszerek sokkal alacsonyabb, mint a hatékonyság elektromos motorok és egyéb motorok. Az élő rendszerek, a sok „üzemanyag” megy „javítás”, amely nem szerepel a számításban hatékonyságának a motorokat. Bármilyen hatékonyságának növelése a biológiai rendszer fordítja a megnövekedett költségek és a fenntartásuk stabil állapotban. Ökológiai rendszer össze lehet hasonlítani a gép ahonnan nem „nyomja”, mint amit ő tud adni. Mindig jön egy határ, ami után a nyereséget az hatékonyságnövekedés ellensúlyozta a növekvő költségek és a kockázat a rendszer meghibásodása. Közvetlen eltávolítása emberek vagy állatok több mint 30-50% -a az éves növényzet csökkenti annak lehetőségét, hogy az ökoszisztéma ellenállni a stressz.
Az egyik a korlátokat a bioszféra - a bruttó fotoszintetikus produkció, és ez alatt egy személy kellene szabott az Ön igényeinek, amíg nem tudja bizonyítani, hogy az energia elnyelését a fotoszintézis nagymértékben növelhető anélkül, hogy veszélyeztetné egyensúlyát más, fontosabb erőforrás életciklusát. Most ez felszívódik csak mintegy fele a teljes sugárzási energia (főleg a látható része a spektrum) és legfeljebb - körülbelül 5% - ez a legkedvezőbb feltételeket, válik egy termék a fotoszintézis.
Ábra. 1. Piramis energiákat. E - felszabaduló energia metabolitok; D = természetes halál; W - széklet; R - lélegzet
A mesterséges ökoszisztémák, hogy több növény egy személy kénytelen fordítsuk extra energiát. Szükség van az iparosodott mezőgazdaság, amint azt a kultúrát, melyet kifejezetten neki. „Iparosodott (energiájának felhasználásával a fosszilis tüzelőanyagok), a mezőgazdaság (például ahogyan Japánban is), így 4-szer magasabb hektáronkénti hozam, mint a mezőgazdaság, amelyben az összes munkát az emberek és háziállatok (például Indiában), de igényel 10-szer olcsóbb fajta erőforrások és az energia. "
Lezárása termelési ciklusok energia entrópia paraméter elméletileg lehetséges, mert az áramlási energia folyamatok (a termodinamika második törvénye) kíséri fokozott lebomlása az energia és entrópia a környezet. Az akció a termodinamika második törvénye fejeződik ki, hogy az energia átalakítás megy az egyik irányba, ellentétben a ciklikus mozgása anyagok.
Jelenleg vagyunk tanúi, hogy a növekedés a szervezettség és a sokszínűség a kulturális rendszer csökkenti entrópia, de növeli az entrópia a környezet, ami annak lebomlását. Mennyiben következményeinek felszámolása a termodinamika második törvénye? Kétféle módon.
Az első módszer az, hogy csökkentse a veszteségeket felhasznált energia az ember, annak különböző átalakításokat. Ez a módszer hatékony, amennyiben az nem vezet csökkenéséhez a rendszer stabilitását, amelyen keresztül az energia áramlás (mint ismeretes, az ökológiai rendszerek számának növelése táplálékláncszintet hozzájárul a stabilitás, hanem egyúttal hozzájárul az energiaveszteség a rendszer ).
A második lehetőség, hogy váltani növekvő fokozása érdekében a kulturális rendszer megrendelése az egész bioszféra. Society ebben az esetben növeli a szervezet a környezet csökkenti a szervezet a természet része, amely túl van a Föld bioszféra.
Az átalakulás az anyag és energia a bioszférában, mint egy nyitott rendszer
Alapvető fontosságú annak megértésében dinamikájának bioszféra folyamatok és konstruktív megoldásokat speciális környezeti probléma elmélet és módszerek a nyílt rendszerek, amelyek egyik legfontosabb eredménye a XX században.
A klasszikus elmélet a termodinamika, a fizikai rendszereket és más élettelen természet fejlődik irányába megerősítésére rendellenesség, a pusztítás és zavar. Ebben az esetben az energia mértéke szervezet fejezte entrópia hajlamos folyamatosan növekszik. Felmerül a kérdés: hogyan lehet az, az élettelen természet, amely a rendszerek általában szervezetlenség léphet élővilág, amely az evolúció a rendszer a saját tökéletességre törekszünk és összetettsége a szervezet? Ezen túlmenően, a haladás tapasztalható a társadalom egészének. Következésképpen az eredeti koncepció a klasszikus fizika - a koncepció egy zárt vagy elszigetelt rendszer nem tükrözi a valóságot, és szöges ellentétben áll a kutatási eredmények a biológia és a társadalomtudományok (pl szörnyű jóslatok „meleg halál” az univerzum). Ez teljesen természetes, hogy a 1960-ban van egy új (nem lineáris) termodinamika koncepciója alapján az irreverzibilis folyamatok. Helyezzük zárt, elszigetelt rendszer, tart egy alapvetően eltérő alapkoncepciója egy nyitott rendszer, amely képes kommunikálni a környezetében anyagok, az energia és információ. Az eszköz, amellyel a szervezet önmagát erősíti kellően magas ahhoz szintű (egyenlő kellően alacsony entrópia) ténylegesen áll a folyamatos extrakciós megrendelése a környezetből.
Nyílt rendszer. így kölcsönzi kívülről, vagy egy új anyag, vagy friss energiával, és egyidejűleg kiadja a külső környezet és a felhasznált anyag hulladék energia, azaz azt nem lehet bezárni. Az evolúció a rendszer folyamatosan cserél energiát a környezet és gyárt entrópia. Ugyanakkor jellemző mértékű zavar az entrópia a rendszer, szemben a zárt rendszer, nem halmozódik fel és szállítják a környezetbe. Logikus következtetés, hogy egy nyitott rendszer nem lehet egyensúlyi. mert megköveteli a folyamatos energiaellátást a külső közeg vagy dús annak tartalmára. E. Schrödinger miatt egy ilyen kölcsönhatás rendszer származik a környezet eljárás és ezáltal hozza őt rendellenesség.
A közötti kölcsönhatás ökoszisztémák
Ha a két rendszer van egy kapcsolat, az entrópia az átmenet az egyik rendszerből a másikba, a vektor által meghatározott értékei termodinamikai potenciálok. Itt a nyilvánvaló minőségi különbséget elszigetelt és nyílt rendszerek. Az izolált rendszerben marad, nem egyensúlyi helyzetet. Folyamatok addig, amíg el nem éri a maximális entrópia.
A nyílt rendszerek, az entrópia kiáramlás kívül lehet egyensúlyt a növekedés a rendszerben. Ez a fajta feltételek kialakításának elősegítése és fenntartása egyensúlyi állapotban (dinamikus egyensúly típus), az úgynevezett aktuális egyenleg. Egyensúlyi állapotban az entrópia a nyitott rendszer állandó marad, bár ez nem a maximumot. Perzisztencia támasztja alá az a tény, hogy a rendszer folyamatosan felhívja a környezeti szabad energia.
Dinamikája entrópia egy nyitott rendszer által leírt IR Prigogine (belga fizikus, győztes a 1977 Nobel-díj):
ahol DS1 / DT- jellemző entrópia visszafordíthatatlan folyamatokat a rendszeren belül; DSE / dt - jellemző entrópia közötti biológiai rendszer és a környezet.
Az önszabályozás ingadozó ökoszisztémák
A teljes csökkenése entrópia eredményeként csere a külső környezet bizonyos körülmények között nem haladhatja meg a belső termelés. Van a bizonytalanság a korábbi rendezetlen állapot. Növelje fordul elő, és a makroszkopikus szinten skála ingadozások. Lehetőség van az önszabályozás. azaz előfordulása az egyes szerkezetek kaotikus egység. Az ilyen szerkezetek egymás után mozognak az egyre inkább rendezett állapot (disszipatív struktúrák). Az entrópia bennük csökken.
Disszipatív struktúrák eredményeként kialakult a saját belső instabilitás a rendszerben (eredményeként önszerveződés), amely megkülönbözteti őket a szervezet rendezett szerkezetek, amelyek alakult hatása alatt a külső tényezők.
Rendezett (disszipatív) szerkezete, spontán eredő rendellenesség és káosz eredő folyamat önszerveződés, és hajtják végre a környezeti rendszerek. Ennek egyik példája a térben rendezett elrendezését baktériumok táptalajok, megfigyelhető bizonyos feltételek mellett, valamint az ideiglenes struktúrák a „ragadozó-zsákmány” különböző stabil módok rezgések bizonyos gyakorisággal száma állatpopulációk.
önszerveződés folyamata cseréjén alapuló energia és a tömeg a környezettel. Ez lehetővé teszi, hogy fenntartsák a mesterségesen létrehozott állam a jelenlegi egyensúlyt, amikor a veszteségi veszteségeket kompenzálja kívülről. Az érkezése új energia vagy anyag a rendszer növeli egyensúlytalanság. Végül a régi kapcsolatát a rendszer elemei, meghatározva annak szerkezetét, hogy elpusztult. új kapcsolatok jönnek létre az elemek között a rendszer, ami olyan együttműködési folyamat, azaz a a kollektív viselkedésének elemeit. Ez egy általános rendszer önszerveződési folyamatok nyitott rendszerekben nevű tudomány szinergiát.
A koncepció az önszerveződés, az új világító kapcsolatát az élettelen és élő természet, megkönnyíti megérteni, hogy az egész világ körülöttünk, és az univerzum gyűjteménye önszerveződő folyamatok középpontjában minden evolúciós fejlődés.
Célszerű figyelni, hogy a következő esetekben. Ennek alapján a véletlenszerű jellege az ingadozások azt mutatja, hogy a megjelenése az új mindig kondicionálja befolyása véletlenszerű tényezők a világon.
A megjelenése önszerveződés elve alapján a pozitív visszajelzés, így a bekövetkezett változásokat a rendszerben nem pusztul el, hanem felhalmozódnak. A végén, ez vezet a kialakult egy új rend és az új struktúra.
elágazási pont - a lendületet a fejlődés a bioszféra új úton
A nyílt rendszerek fizikai univerzum (amely magában foglalja a bioszféra) ingadozik folyamatosan és egy bizonyos ponton elérheti az elágazási pontig. A lényege az elágazás legvilágosabban szemlélteti a mesés lovag állt a keresztútnál. Egy bizonyos ponton az út találkozik egy villát, ahol meg kell dönteni. Amikor elérte a elágazási ponttól alapvetően lehetetlen megjósolni, milyen irányba fog fejlődni tovább a rendszer: ha bemegy egy kaotikus állapot, vagy szerez egy új, magasabb szintű szervezet.
Bioszféra elágazási pont - a lendület a fejlődés egy új és ismeretlen úton. Milyen helyet akarat van az emberi társadalom - nehéz megjósolni, a bioszféra a legvalószínűbb, hogy a fejlesztések folytatásához.
