Энтропия – во всем, но измерить ее не так просто

Энтропия – во всем, но измерить ее не так просто

Энтропию не определить невооруженным глазом и не измерить, приложив к телу «энтропометр», но это никак не умаляет ее статуса. Невооруженным глазом не видны и эллипсы, по которым летают планеты, и Кеплер проделал немалую работу, чтобы они «появились» в результате обработки наблюдений. Чтобы добраться до энтропии, анализируя более непосредственные наблюдения, тоже требуется работа мысли. Важна в первую очередь не величина энтропии сама по себе, а факт ее возрастания. Утверждение, что энтропия неизменно возрастает (точнее, не убывает), выражает запрет на такие явления, как перетекание тепла от холодного тела к горячему. Само по себе сохранение энергии не запрещает таких явлений, но мы решительно не ожидаем, что посреди лета вода в пруду станет ледяной, а воздух вокруг пруда от этого нагреется. Не случается и разделения азота и кислорода по разным углам комнаты или разделения уже перемешанных воды и чернил. Определение энтропии устроено как раз таким образом, что все эти явления непременно сопровождались бы уменьшением полной энтропии. Тогда запрет на все «странные» явления такого сорта выражается в виде закона возрастания энтропии. Как и все законы, он представляет собой обобщение опытных фактов. И совокупность всех наших наблюдений над миром говорит, что это очень общий закон:

Если кто-нибудь укажет вам, что лелеемая вами теория Вселенной не согласуется с уравнениями Максвелла, то тем хуже для уравнений Максвелла. Если выяснится, что она противоречит наблюдениям, то что ж, время от времени этим экспериментаторам случается что-нибудь напортачить. Но если окажется, что ваша теория идет против второго закона термодинамики, то оставьте всякую надежду: судьба вашей теории – потерпеть самый уничижительный крах. А. Эддингтон

Если кто-нибудь укажет вам, что лелеемая вами теория Вселенной не согласуется с уравнениями Максвелла, то тем хуже для уравнений Максвелла. Если выяснится, что она противоречит наблюдениям, то что ж, время от времени этим экспериментаторам случается что-нибудь напортачить. Но если окажется, что ваша теория идет против второго закона термодинамики, то оставьте всякую надежду: судьба вашей теории – потерпеть самый уничижительный крах.

«Второй закон термодинамики» в этой цитате (да и вообще) – это и есть закон возрастания энтропии. Правильнее говорить «неубывания», но у меня это не всегда получается, потому что «возрастание» звучит все-таки выразительнее. В специальных случаях энтропия может оставаться неизменной. «Специальные случаи» означают, что любые действия над системой надо производить очень плавно; порции тепла, передаваемые «за один раз», должны быть малы и передаваться медленно; а все участвующие в деле механизмы должны быть полностью лишены трения. Все это выражают словосочетанием «обратимые процессы», и это идеализация. При обратимых процессах энтропия остается прежней, когда система возвращается в исходное состояние, но в реальности этого добиться невозможно, и энтропия возрастает. (Речь, конечно, всегда идет о возрастании энтропии в изолированной системе; в какой-нибудь части мира, куда приходит и откуда уходит энергия, энтропия может убывать, но происходит это за счет ее возрастания где-то снаружи.)