2 термодинамична ентропията
3 Ентропията вселена
4 Ентропия и информация
6 Ентропия и живот. биологичен поръчка
библиография
1 Какво е ентропията
Сред всички физически количества, които са влезли в наука в XIX век. Ентропията има специално място, защото на неговата необикновена съдба. От самото начало, ентропията е установено в теорията на топлинните машини. Много скоро, обаче, тази теория се оказа си близо, и то прониква в други области на физиката, по-специално в областта на теорията на радиация. Разширяването на ентропията не се ограничава до тях. За разлика, например, от други термодинамични количества ентропия доста бързо прекоси границите на физиката. Това нападната съседните области: космология, биология, и накрая, теорията на информация [6].
Концепцията за ентропия е мулти-ценен, не е възможно да му даде само една точна дефиниция. Най-често е следното:
Ентропия - мярка за несигурност, мярката на хаос.
В зависимост от областта на знанието, отделят много видове ентропия термодинамична ентропия, информация (Шанън ентропия), културните, ентропията Гибс, ентропия на Клаузиус и много други.
Болцман ентропията е мярка на разстройство, случайността, хомогенност на молекулни системи.
Физическият смисъл на ентропията става ясно, когато се разглежда същността на microstates. Болцман е първият, който установява връзка със състоянието на ентропия вероятност. В състава на отчета за Макс Планк експресиращи тази връзка и наречения принцип на Болцман е проста формула
Болцман никога не се пише тази формула. Планк е направил. Той също принадлежи администриране Болцман постоянна КБ. "Болцман принцип" Терминът е въведен от Айнщайн. термодинамичния вероятностно състояние W или статистически тегло на състояние - различни начини (броят на микроскопични), които могат да бъдат използвани за изпълнение на настоящото macrostate [6]. Клаузиус ентропия е пропорционална на количеството на свързания енергия, които са в системата, които не могат да бъдат превърнати в работата си. Шанън Ентропията количествено точността на излъчвания сигнал и се използва за изчисляване на размера на информация.
Нека разгледаме термодинамичната ентропия, Шанън ентропия (информация), Комуникации и биологично ентропия подредбата.
2.Termodinamicheskaya ентропия
Ентропията като физическа количество първо се въвежда в термодинамиката R. Clausius през 1865. Той определи промяната в ентропията на термодинамична система по необратим процес, тъй като съотношението на промяната на общия брой на топлина # 916; Q величина на абсолютната температура Т:
.
Ентропия в термодинамиката - измери необратим разсейване на енергията, това е функция на термодинамична състоянието на системата [8].
Съществуването на ентропия, причинени от втория закон на термодинамиката. Тъй като реална система, която преминава през цикъл от операции и се връща в първоначалното си състояние, работи само увеличаване на ентропията на околната среда, на които системата е в контакт. Това също така означава, че няма значение какъв етап от цикъла на размера на изменение в ентропията на системата и външната среда не може да бъде отрицателен. По този начин, на втория закон на термодинамиката има следния текст:
Размерът на промяната на ентропията на системата и външната среда не може да се понижи.
Съответно, на Вселената като цяло не може да се върне в първоначалното си състояние.
Рудолф Клаузиус първия и втория законите на термодинамиката са обобщени, както следва:
Енергията на Вселената е постоянна.
Ентропията на Вселената има тенденция до максимум.
Поради необратими процеси ентропията изолирана система продължава да се увеличава, докато, докато достигне максималната възможна стойност. Постигната в това състояние е състояние на равновесие. [7, стр 130] От тази формулировка на второто означава, че в края на еволюционен процес вселената трябва да дойде до състояние на термодинамично равновесие (състояние на термично смърт), което съответства на пълно прекъсване на системата. Идея на топлинна смърт на вселената, което следва от текста на втория закон, предложен от Клаузиус, - пример за неправилно прехвърляне на законите на термодинамиката в район, където тя не работи. прилагат закони термодинамика, както е известно само на термодинамична система, като вселената не е [6].
Както вече беше посочено, на законите на термодинамиката не могат да бъдат приложени към Вселената като цяло, тъй като не е термодинамична система, но във Вселената могат да бъдат идентифицирани подсистема, която се отнася термодинамична описание. Тези подсистеми включват, например, всички компактни обекти (звезди, планети, и др.) Или радиационен фон (топлинно излъчване температура с 2.73 K). Космическата радиация произхожда от Големия взрив, което доведе до образуването на Вселената, и имаше температура от около 4000 К. В наше време, тоест, след 10-20 милиарда години след Големия взрив, е основният (реликва) радиация, живял през всичките тези години в разширяване на Вселената , охлажда се до температурата. Изчисленията показват, че общият ентропията на всички наблюдавани компактни обекти е пренебрежим в сравнение с ентропията на космическия микровълнов фон. Причината за това преди всичко с това, че броят на първичните фотони много големи: за всеки атом във Вселената за приблизително September 10 фотони [6]. Ентропията внимание компонент на Вселената води до друг извод. Според текущите оценки, общата ентропията на Вселената, което може да се наблюдава с повече от 10 до 30 пъти по-малко от ентропията на веществото от една и съща част на Вселената кондензира в черна дупка. Това показва колко далеч вселената заобикалящия ни част от най-разстроен държавата.
4 Ентропия и информация
Вече споменахме Рудолф Клаузиус също притежава друга формулировка на втория закон на термодинамиката: "Не може да са единственият резултат от което би било трансфер на топлина от по-студено към по-горещо тяло."
А мисловен експеримент, предложен от Джеймс Кларк Максуел през 1867 г., да предположим, че даден кораб с газонепропускливият мембрана е разделен на две части: в ляво и дясно. Отворът за преграда с устройство (т.нар демон Максуел), която позволява бързо муха (гореща) газови молекули само отляво надясно на кораба и бавно (студени) молекули - само на дясната част на кораба наляво. След това, през дълъг период от време, горещи молекули ще бъдат в полето контейнера и студена - в ляво [4].
I (х, у) = дневник (р (х / у) / р (х)),
където р (х) - х вероятност за събитие до събитие у (безусловно вероятност); р (х / у) - х вероятност за поява събитие условие у (условна вероятност).
Съгласно събития х и у обикновено се разбира стимул и вход отговор и изход, по смисъла на две различни променливи, характеризиращи състоянието на системата, в случай на посланието. Стойността I (х) се нарича частен информацията, съдържаща се в х събитие.
Разгледаме следния пример: ни казаха, (у), че кралицата стои на шахматната дъска в позиция х = a4. Ако съобщението за вероятността да остане кралицата на всички позиции са еднакви и равни на р (х) = 1/64, получената информация е равна на
I (х) = дневник (1 / (1/64)) = дневник (64) = 6 бита. [3, стр.12]
Като информация Приемам единица информация в автентичен съобщение за събитието, предварителното вероятността е равна на 1/2. Това устройство се нарича "бита" (от двоични цифри на английски език). [1]
Сега нека да приемем, че полученото съобщение не е съвсем точна, например, ни казаха, че кралицата е на стойност дали да позиционирате a3 или A4 в позиция. След това условната вероятност да остане в позиция х = а4 вече не е един и р (х / у) = Уг. Информацията, получена ще бъде равна на
I (х, у) = лог ((1/2) / (1/64)) = 5 бита,
че се намалява с 1 малко в сравнение с предишния случай. По този начин, взаимна информация на повече, толкова по-висока точност на съобщението, и в рамките на ограничението се приближава своя собствена информация. Ентропията може да се определи като мярка за несигурност или като мярка за разнообразието от възможни състояния на системата. Ако системата може да бъде в една от състояния съм equiprobable, на ентропията Н е
Например, броят на различните възможни позиции на празен царица шахматна дъска равна m = 64. Следователно, ентропията на възможни състояния е равно на
Н = log64 = 8 бита.
Ако част от шахматната дъска заета от цифри и не е достъпен за кралицата, разнообразието на нейните възможни състояния и намаляване на ентропията.
Можем да кажем, че ентропията е мярка за свобода на системата: колкото повече степени на свобода на системата, толкова по-малко го е наложил ограничения, толкова по-голяма, като правило, и ентропията на системата [3 S.13-15]. Така нула съответства на пълната информация ентропията (степен на невежество нула) и максимална ентропията - пълно невежество Microstates (максимална степен на невежество) [6].
Феноменът на намаляване на ентропията, поради информация отразява принципите, изложени през 1953 г. от американския физик Леон Брилуеново, който е учил взаимното превръщане на енергия. Формулировката на следния принцип: "Информацията е отрицателен принос за ентропията." Принципът се нарича negentropy принципа на информация [5]. Концепцията на отрицателна ентропия (същата като отрицателна ентропия или sinropiya) се отнася и за живите системи, това означава, че enropiyu жива система е износ за намаляване на собствените си ентропия.
6. Ентропия и живот. биологичен поръчка
Въпросът за отношението на живот на втория закон на термодинамиката - е въпросът дали животът е остров на резистентност към втория върха. Наистина, еволюцията на живота на Земята идва от простото към комплекса, а на втория закон на термодинамиката предсказва пътуване в обратна посока на развитие - от комплекс за проста. Това противоречие е обяснено в рамките на термодинамиката на необратимите процеси. Един организъм като отворена термодинамична система консумира по-малко ентропия, отколкото той излъчва в околната среда. Стойността на ентропията в храни е по-малко, отколкото в изолирания продукт. С други думи, съществува живо тяло се дължи на факта, че има способността да се хвърлят ентропията генерирани в него поради необратими процеси, за околната среда [6].
По този начин, най-ясният пример е подредбата на биологична организация на човешкото тяло. Намаляването на ентропията когато нарича биологична организация лесно компенсирано тривиални физични и химични процеси, по-специално, например, чрез изпаряване 170 грама вода [1].
библиография
Друг раздел по биология: