Теория «тепловой смерти» и появление термина энтропия



Впервые это понятие ввел немецкий физик Р. Клаузиус в середине позапрошлого столетия. Он вместе с В. Томсоном открыл второе начало термодинамики, которое заставило ученых сделать неожиданные выводы. Они обнаружили наличие фундаментальной асимметрии, т.е. однонаправленности всех процессов, самопроизвольно происходящих в природе. Это доказывают все процессы происходящие вокруг человека. Например, горячие тела через определенный промежуток времени остывают, но сами по себе холодные вещи горячими не становятся, или прыгающий мяч в итоге останавливается, а мяч, лежащий на земле, не станет самопроизвольно подскакивать. Это проявление свойств природы, отличных от свойств сохранения энергии. Оно заключается в том, что, несмотря на то, что полное количество энергии должно сохраняться в любом действии, распределение ее меняется необратимым образом. В процессе превращения, энергия в конечном результате превращается в тепло, которое, не будучи ни в чем задействовано, растворяется в воздухе. Это привело ученых к мысли, что когда-то наступит момент, когда звезды погаснут, все процессы во Вселенной остановятся, и наступит состояние, так называемой «тепловой смерти». В связи с этим была введена физическая величина, получившая имя энтропия. По своей сути – это мера степени хаоса в состоянии физической системы.



Принцип энтропии



Второе начало термодинамики говорит о том, что энтропия замкнутой системы физических тел, ни при каких обстоятельствах не убывает, как минимум она остается постоянной. Любые процессы, происходящие во Вселенной, сопровождаются возрастанием энтропии. Именно это утверждение принято считать ее принципом. Кроме того, энтропия характеризует условия, при которых запасается энергия. Например, если запас энергии происходит при высокой температуре, то ее энтропия будет иметь довольно низкий показатель, а качество, наоборот, высокий. И, напротив, то же самое количество энергии, запасаемое при низкой температуре, будет обладать высокой энтропией, а качество станет низким. Под качеством энергии подразумевается возможность применения любого вида энергии для совершения полезной работы.


Возрастание энтропии – это признак, присущий всем естественным процессам. Он соответствует запасу энергии в условиях более низких температур. Принцип возрастания энтропии сводится к утверждению, что энтропия изолированных систем обязательно будет возрастать при любом изменении их состояния, она останется неизменной только в том случае, если процессы будут обратимыми.


Эти утверждения о существовании и возрастании энтропии основываются на постулате, отражающем необратимость реальных природных процессов. На самом деле принципы существования и возрастания энтропии имеют между собой мало общего. В физическом смысле принцип существования энтропии обуславливает термодинамические свойства систем, а принцип возрастания энтропии – самое вероятное развитие реальных природных процессов.