Дія другого початку термодинаміки і законів розподілу
Другий закон термодинаміки (другий початок) має кілька формулювань. Одна з них: перпетуум мобіле другого роду побудувати не можна. Перпетуум мобіле другого роду - вічний двигун другого роду - теплова машина, яка все тепло, що отримується від спалювання палива переводить в роботу, то є така машина, у якої коефіцієнт корисної (ККД) дії дорівнює 100%. Виявляється машину з ККД рівним 100% не можна побудувати в принципі. Усі машини - машини реальні. Французький механік Саді Карно увів поняття їх ідеалу (ідеальної теплової машини). Ідеальною машини на практиці не існує, як і в суспільному житті: повністю ідеальних людей не буває, але до ідеалу треба прагнути. Ідеальну машину так само не можна побудувати з ККД 100%. Існує і вічний двигун першого роду (перпетуум мобіле першого роду), під якою розуміється теплова машина, яка здійснює роботу без витрат енергії. І таку машину побудувати не можна, хоча робляться спроби її побудувати.
Виявляється у фізиці узаконено, що частина тепла теплова машина обов'язково повинна втрачати! А скільки мінімально слід втрачати? Стільки, скільки втрачає ідеальна теплова машина, але така машина, як зазначалося вище, у природі не існує, але до неї можна скільки завгодно близько наблизитися.
Наступна формулювання другого початку викладається з використанням поняття ентропії, зміна якої знаходиться за формулою
, (1)
де - зміна тепла при абсолютній температурі.
Формулювання другого почала з залученням ентропії: мимовільно процеси в природі протікають у напрямку зростання ентропії (якщо не вважати флуктуацій, про які ми писали в «ДВ»). Якщо ввести ціну тепла, то процеси в природі мимовільно протікають у напрямку знецінення тепла (тепло - міра зміни внутрішньої енергії), тобто
, (2)
де - ціна тепла. У цій формулі ми зберегли і знак рівності, що справедливо тільки для ідеального випадку. Друге початок діє і в біологічних процесах, і в суспільному житті люде.
Біологічний об'єкт це і теплова машина.
У цьому столітті передбачається політ на Марс. Тривалий буде політ. Деякі фантазують про те, що буде розроблена така їжа, яка повністю буде засвоюватися людським організмом, тобто в космічному апараті туалет не буде потрібно. Але це не так! Без туалету ніяк не можна, як того вимагає другий початок. Існують мікроскопічні утворення - віруси. Вони так само ходять до вітру!
Якщо розглядати суспільне життя людей, то другий початок є основою інфляції. Явище інфляції - закономірне явище. Є принаймні дві соціальні системи: соціалістична і капіталістична. При соціалізмі ви приходите в магазин і купуєте товар, наприклад, булки хліба. Платіть 20 коп. за булку. Приходьте через місяць - платите 20 коп. за булку, приходьте через рік - платите 20 коп .... У формулі (2) слід залишити знак рівності, тобто в цьому випадку формула (2) представиться у вигляді:
Як було сказано вище, знак рівності ставиться тільки для ідеальної системи. Такі системи в природі не існують. Таким чином, соціалістична система - ідеальна система. Сама собою вона існувати не може, необхідні зусилля для її підтримки.
При капіталізмі ви приходите купувати ті ж булки хліба. У перший місяць ціна булки - 3 руб., Через місяць ціна булки - 4 крб., Через два місяць - 5 руб ....
Тут знак нерівності. Це є реальна система, процес відбувається спонтанно, без насильства.
Друге початок основа старіння: телевізор колись перестане працювати, автомобіль з часом згниє, заіржавіє ...
Оскільки цей закон об'єктивний, то їм слід уміло користуватися!
У Японії працював кореспондентом Квітів, який періодично по телебаченню повідомляв з Японії про організацію їхнього виробництва, економіці, політиці ... Розмовляв він і з керівництвом фірми «Шарп», в якій кожен співробітник повинен вносити раціоналізаторські пропозиції з метою підвищення ефективності роботи фірми. У деяких такі пропозиції приносили ефект, а в інших ні. Але всім йшла додаткова плата. Природно, тим, у яких пропозиція проходило, отримували хорошу винагороду, а ті, у яких воно не впроваджувалося, також отримували винагороду, хоча й символічне. Квітів поцікавився у керівництва про те, що вони в цьому випадку викидають гроші на вітер. Але керівництво на це відповіло, що високоякісну сталь не можна отримати без шлаку.
Наступним фундаментальним законом природи є закони розподілу.
Наприклад, у фізиці існує закон Максвелла - закон розподілу молекул газу за швидкостями. З якими швидкостями рухаються молекули, наприклад, повітря в кімнаті? З різними. Є ряд молекул, швидкості яких в дану мить дорівнюють нулю, в інших - трохи відмінні від нуля, є і молекул, швидкості яких досить великі ... Загалом в даному газі можна відзначити будь-які швидкості. Нагріємо газ. Що зміниться? У цьому газі є молекули, у яких в даний момент швидкості дорівнюють нулю. Знайдуться молекули, швидкості яких трохи відмінні від нуля, знайдуться і такі молекули, швидкості яких досить великі ... Так чим відрізняються два стану даного газу? Відмінність є і воно суттєве. Відрізняються вони середніми швидкостями, з якими рухається найбільше число молекул.
Щоб зрозуміліше був закон розподілу, наведемо приклад із суспільного життя.
Розглянемо масовий спортивний забіг з пункту А в пункт Б. Спочатку побігли всі курсанти військового училища. Хлопці треновані, їх постійно змушують бігати на різні дистанції. Через деякий час знайдеться ряд курсантів, які зійдуть з дистанції на узбіччя і почнуть перемотувати онучі, натерли ноги, утворилися мозолі. Будуть курсанти, які кульгають, але біжать, ось - ось зупиняться. Природно, знайдуться і ті, які втечуть далеко (спортсмени). Але є і така швидкість, з якою буде переміщатися найбільше число курсантів. Графік розподілу даний на Рис.1 (крива 1).
Рис.1.
А тепер по цьому маршруту виробляють забіг студенти всіх курсів цивільного вузу, включаючи дівчат. У більшій масі вони погано бігають. Через деякий час ряд студентів і студенток опиниться на узбіччі: ті ж мозолі, відламати шпильки в черевиках ... Інші ось-ось зупиняться. Природно, і тут знайдуться прудкі, які втечуть далеко (і в цивільному вузі є спортсмени) ... Але і для них буде існувати така швидкість, з якою буде рухатися основна маса студентів цивільного вузу. Чим же відрізняються дані забіги? У кожному забігу можна зафіксувати будь-які швидкості (в обмеженому проміжку). Головна відмінність у тому, що будуть різні швидкості, з якими рухається більше число бігунів. Графік другому забігу даний на Рис.1 (крива 2)
Дані графіки описуються функціями розподілу відповідної величини (в теорії ймовірностей - це диференційна функція розподілу щільності вірогідності).
З подібними законами розподілу ми стикаємося повсякденно.
При навчанні викладач має справу з рядом функцій розподілу: розподіл учнів по зоровому сприйняттю запропонованої інформації, розподіл учнів по слухового сприйняття інформації, розподіл учнів по знаннях досліджуваного предмета за технічним здібностям (що є дуже важливим для технічного вузу), з математичних здібностям ...
А як же тоді навчати? На яких студентів орієнтуватися? Щоб навчання проходило на науковій основі, ці функції розподілу слід знати. У Уссурійському філії Далекосхідного державного університету шляхів сполучення ми цим і займаємося. Ми визначаємо темперамент по Айзенку і десять характеристик з висновком загального показника інтелекту за Амгхауеру. Визначаємо вербальні, обчислювальні, просторові, технічні здібності.
Перш за все це необхідно самим студентам. Вони повинні знати себе, з тим щоб позитивні якості свої посилювати, а негативні якості зживати з себе.
У квантовій механіці в основному займаються тим, що знаходять відповідні функції розподілу: функція розподілу щільності ймовірності знаходження частки у відповідних квантових станах потенційних ям: одномірної, тривимірної (тверде тіло), сферичної (атом, ядро) у відповідному стані.
У теорії вимірювання виходять випадкові величини, які групуються в околиці їх середнього значення (істинного значення), а в теорії ймовірностей вони групуються в околиці математичного очікування. Для пояснення цього можна ввести динаміку: силове поле, нелінійна взаємодія. Нелінійна взаємодія - вплив системи на себе. Таке спостерігається і в суспільному житті. Прагнуть до фінішу спортсмени (особливо для отримання золотої медалі) сильно впливають один на одного.
Громадська особистість - це впливає на себе система. Завдання навчання полягає не тільки в тому, щоб дати учнем суму знань, а й у тому, щоб сформувати у них прагнення до самовиховання і самонавчання, а це можливо тільки у випадку, якщо вони добре знатимуть себе. У процесі навчання, природно, не слід орієнтуватися тільки на окрему групу студентів, наприклад, на що мають слабкі знання, з тим щоб встигали всі, як того вимагали при соціалізмі. У цьому випадку сильних підтягували до слабких. При навчанні пропонована для засвоєння інформація повинна також мати відповідну функцію розподілу (і для сильних, і щоб слабкі розуміли ...).
Існували спроби утворити навчальні групи тільки, наприклад, із сильних учнів. Через деякий час виникав ряд розподілів: із сильних виділялися найбільш сильні, з'являлися свої слабкі ...
Цікавий виходить висновок: оскільки закони розподілу одного параметра по іншому є фундаментальними законами природи, то в кожному суспільстві повинні бути не тільки позитивні і дуже позитивні люди, а й ... дурні. Скромно сказано. Насправді будь-яке цивілізоване суспільство не може існувати без своїх покидьків суспільства дурнів, бомжів, ханижніков ...
При соціалізмі створювалися регіональні наукові Центри (ДВНЦ, Академмістечко м. Новосибірська, Дубна ...), де концентрувалися розумні люди: академіки, доктори та кандидати наук ... В одному з таких Центрів виникла страшна конфліктна ситуація (людей з нарад виносили на ношах). Причини? Їх ряд, але фундаментальною основою даних конфліктних ситуацій (як і у всіх державних пристроях, громадських групах ...) є закони розподілу. У середовищі найрозумніших людей почав діяти закон розподілу: з найрозумніших стали виділятися наіумнейшіе і ті, які повинні залишатися в ... дурнях. А в країну дурнів (як це у відомій казці) не всякий хотів відправлятися, так як у нього диплом доктора та атестат професора. Ось вам і конфлікт. Розподіл людей за багатством (розшарування суспільства на понад багатих, багатих, середніх, бідних, покидьків) - реальний закон природи. Зрівнювання всіх - ідеальне прагнення. Але виходить нестійка система, для її підтримки необхідні зусилля. Тут наведено приклад про джерело конфлікту в науковому Центрі. Реальний закон розподілу в суспільстві (протиріччя між бідними і багатими) завжди був джерелом конфлікту (повстань, революцій, пікетування, перекриття доріг ...).
Настане час, коли суспільству треба буде визначитися у виборі системи, так як спалимо вугілля, нафта, газ ...
Тут можливі два шляхи. Перший шлях (капіталістичний) пов'язаний з зменшення числа людей на планеті. Залишити необхідно приблизно мільярд населення («золотий мільярд») до розподілу (розшаруванням) за багатством на понад багатих, багатих ... і бідних-слуг багатих. Людство протримається дещо більший час, а потім з таким законом розподілу і зустріне апокаліпсис. Другий шлях (соціалістичний) пов'язаний з приблизно рівним розподілом багатств на кожну душу з дуже сильними обмеженням потреб. Система вкрай нестійка, тому що в суспільстві є сукупність людей, у яких в генах закладено прагнення не працювати і жити заможно за рахунок інших. Тому для утримання такої системи необхідні зусилля (бувало й розстрілювали при вже існуючому соціалізмі).
Прикладом може служити катастрофа СРСР. Як тільки «відпустили віжки», так відразу закон розподілу за багатством проявив себе «в усій красі»: сталося миттєве розшарування на понад багатих, багатих ... зубожілих, бомжів ...
Тут ми в короткій формі продемонстрували дію деяких фізичних законів в біології та суспільного життя. Фізичні закони - це фундаментальні закони природи, особливо ті, основу яких складають випадкові події. До них слід ставитися серйозно.
На одному підприємстві США утворили структури, посади в яких заповнили співробітниками так, як заповнюють мікрочастинки (ферміони, бозони) квантові стани.