Колчанов.ru
RussianEnglish
Блог Отсюда начнём   |   Главная статья   |   О блоге   |   Обо мне   |   О тебе, читатель   |   Советский народ   |   Список статей   |   Ссылки   |   Контакт   |   RSS  Лента RSS [Feedburner]

01.07.2012 (8)

последняя правка 15.08.2012

2.8. Ячейки Бенара.
Второе письмо С.Е.Кургиняну (продолжение)

>  «...Законы, по которым организация и порядок возникает. Синэргетика и построена для того, чтобы налаживать знание за пределами второго закона термодинамики. О какой термодинамике идет речь – о линейной классической, нелинейной квантовой?»

>  «"...Пока не опровергнуто второе начало термодинамики". Но есть синэргетика, есть все остальное... Что, разве есть только второй закон термодинамики – и нет ячеек Бернара?»

Вначале вернемся на полшага назад, оставим в стороне синэргетику и термодинамику, и поставим вопрос шире – развитие, как мы его понимаем, подчиняется ли физическим законам? или нет? Ячейки Бенара – это этап в развитии духа – или как? – ведь под развитием мы понимаем в конце концов развитие духа? Если так, если развитие духа подчиняется "законам природы" = законам "объективной реальности" (а ячейки Бенара им подчиняются, в них нет никакой мистики), – тогда это чистейшей воды диамат, – причем даже не в моей, а в изначальной, марксистско-ленинской его формулировке!

Вот так ячейки Бенара подводят нас к очень интересным вопросам – о природе развития... "Ячейки Бенара" – развитие ли это – или это просто отдельное явление? Эволюцию вселенной в целом можем мы рассматривать как развитие? Или может быть вселенная "сама по себе" – это некие остающиеся тождественными себе (или может быть тоже эволюционирующие?) физические законы, – а жизнь и человек (чему мы приписываем развитие прежде всего) особо ничего в ней не значат? Можем ли мы считать, что биологические и социальные явления на нашей планете – часть процесса развития вселенной? Или это всего-лишь "буря в стакане" – аналог "ячеек Бенара", но в масштабе планеты? Побурлило, ну и и перестало... Какой должна быть картина мира – чтобы в нем было возможно развитие? Можно ли отождествлять развитие с увеличением сложности? И что тогда такое сложность – достаточно ли понятия энтропии, чтобы ее определить?

Если мы "верим", что развитие тем не менее существует, и отождествляем это развитие с развитием духа, – то может ли синэргетика – те же ячейки Бенара – служить в этой вере нам подспорьем? Думаю, ни в малейшей степени. Как раз ячейки Бенара доказывают нам, что дух здесь не при чем!

Содержит ли материя сама в себе какое-то направление развития? Задает ли направление синэргетика? Как видим – нет, – "развитие" в ней многовариантно, – зависит от "внешних" – начальных и краевых – условий. А если брать в целом, это стрела не развития, а напротив, глобального возрастания энтропии. Возрастание организации происходит только локально – и за счет понижения организации окружающего мира. Развитие, если допустимо к синэргетическим (или "диссипативным") структурам применять это слово, – происходит локально, – за счет дезорганизации всего вокруг – всего, что "попадется под руку"... Мы наблюдаем, так сказать, "борьбу" диссипативных структур (в том числе между собой) за источники энергии, – биологическая эволюция как пример, а может быть даже и социальная... В общем, "буря в стакане".

Нет спора, вопрос о тепловой смерти вселенной остается открытым. Мы не знаем, замкнута ли вселенная, есть ли у нее в целом какие-то внешние источники "негэнтропии" (как в эксперименте с теми же ячейками Бенара). И в связи с этим непонятно, будет ли продолжаться повышение организации во вселенной – либо совсем наоборот. Но разве этот вопрос нас интересует!? Разве повышение организации – и есть развитие духа? Как раз пример ячеек Бенара доказывает нам – ни в малейшей степени!!!

Теперь к синэргетике и термодинамике... Разумеется, я не берусь заявить, что нахожусь в курсе всех последних теоретических и экспериментальных открытий в физике, – и правда, а вдруг произошли какие-то прорывы... Однако моя задача облегчается тем, что Сергей Ервандович привел конкретный, можно сказать классический пример – ячейки Бенара. Что там у нас наблюдается? Слой вязкой жидкости, равномерно подогреваемый снизу (не слишком строго говоря, сковородка на плите). Поскольку сверху температура ниже, чем снизу, то имеется градиент температуры (сравнивая с тепловой машиной, условно можно сказать – снизу расположен "нагреватель", сверху – "холодильник"). Приведу описание как оно дано в Википедии, – мне кажется, оно вполне сносное:

«Ячейки Бенара или Рэлея — Бенара — возникновение упорядоченности в виде конвективных ячеек в форме цилиндрических валов или правильных шестигранных структур в слое вязкой жидкости с вертикальным градиентом температуры, то есть равномерно подогреваемой снизу.

Ячейки Рэлея — Бенара являются одним из трёх стандартных примеров самоорганизации, наряду с лазером и реакцией Белоусова — Жаботинского.

Вследствие подогрева в первоначально однородном слое жидкости начинается диффузия из-за возникшей неоднородности плотности. При преодолении некоторого критического значения градиента, диффузия не успевает привести к однородному распределению температуры по объёму. Возникают цилиндрические валы, вращающиеся навстречу друг другу (как сцепленные шестеренки). При увеличении градиента температуры возникает второй критический переход. Для ускорения диффузии каждый вал распадается на два вала меньшего размера. При дальнейшем увеличении управляющего параметра [градиента температуры] валы дробятся и в пределе возникает турбулентный хаос...

В [более] тонком слое при подогреве снизу образуются ячейки правильной гексагональной формы, внутри которых жидкость поднимается по центру и опускается по граням ячейки. Такая постановка эксперимента исторически была первой, однако здесь на самом деле наблюдается конвекция Марангони, возникающая за счёт действия сил поверхностного натяжения и зависимости их от температуры жидкости.»

Далее приводится аналитическое решение задачи... (И тогда, повторяю снова, при чем здесь "дух"?)

А что там получается со вторым началом термодинамики и энтропией? И на самом деле, в данной системе (подогреваемом снизу слое), как и в прочих "диссипативных системах", второе начало термодинамики не выполняется – об этом каждый желающий опять же может прочитать в Википедии. Казалось бы, вот оно! Что-то там таинственное происходит – что отменяет фундаментальнейшие законы физики! Однако разберемся в деталях.

Подходящая для нас формулировка второго начала термодинамики гласит:

«Энтропия изолированной системы не может уменьшаться (закон неубывания энтропии).»

К нашей системе (к нагреваемому слою жидкости) этот закон неприменим почему – потому что система наша не замкнутая, а открытая! Есть "нагреватель" (и "холодильник" конечно тоже), – в систему извне подается энергия (перенося акцент, по другому можно сказать – в нее поступает из внешнего источника "негэнтропия"). То есть невыполнение второго закона термодинамики в данной системе вовсе не означает, что он нарушается, – просто он сформулирован для иных систем! – система неполна! А чтобы мы могли его все-таки применить, в систему надо включить еще и "нагреватель" (можем для простоты взять в его качестве раскаленный кусок железа), и "холодильник" (то есть воздух над слоем жидкости), – вот и всё!

Есть правда еще одно небольшое но. Рассматриваемая система далека от состояния термодинамического равновесия. В таких условиях само определение энтропии – дело нетривиальное, находится под вопросом. [*1] Но мы ведь можем не спешить... Мы можем подождать, пока конвекция не прекратится (вследствие выравнивания температуры между "нагревателем" и "холодильником", – а оно происходит как раз вследствие рассматриваемых конвекционных процессов), – а дальше система становится обычной квазиравновесной, – в наших силах определить энтропию (всей системы в целом) – и сравнить её в этом конечном состоянии с энтропией в начальном. И мы сможем увидеть, что она отнюдь не уменьшилась (в силу второго начала термодинамики – теперь уже это его вотчина). Вы скажете, так процесс затух – о чем говорить, динамических структур уже нет. Но на это самое я и хочу обратить внимание! На то, что у неравновесного (синэргетического) структурообразования (по вашему – "развития") имеются вполне определенные материальные условия (наличие "холодильника" и "нагревателя") – от состояния которых зависит, будет ли оно продолжаться или прекратится... Потому "вера" в (такого рода) развитие явно конфликтует с современными научными представлениями – или (говоря более аккуратно) основания этой веры не те, что вы приводите (ссылаться надо на что-то иное, чем ячейки Бенара). Или (тогда остается) – «верую, ибо абсурдно»?

Для наглядности я бы сравнил то, что здесь происходит, с тепловой машиной – преобразующей тепловую энергию "нагревателя" в механическую работу. Эта механическая, то есть макроскопическая работа – которую производит машина, – самый прямой аналог наших макроскопических структур, – ячеек Бенара (вращение двигателя – аналог вращения цилиндрических валов, – его тоже можно обобщенно можно рассматривать как формообразование). Машина работает, пока имеется разность температур (между нагревателем и холодильником), – и ячейки Бенара тоже требуют для своего появления этой разности. Если система замкнутая (включаем в нее нагреватель и холодильник), то в результате работы тепловой машины происходит выравнивание температур между нагревателем и холодильником, – так и для ячеек Бенара то же самое!

А теперь сравним с тем, что происходит на Земле под воздействием солнечной радиации. Солнце – нагреватель, космос – холодильник. Солнечная энергия, попадая на землю, приводит в движение многочисленные физико-химические процессы, и в конечном счете – биологическую эволюцию, и далее – социальную, – которые представляют собой, в этом смысле, подобие ячеек Бенара. Если мы рассмотрим "замкнутую систему", ограниченную размерами солнечной системы (в той мере, в какой эту систему можно считать замкнутой) – энтропия всей системы в целом со временем увеличивается, ядерное топливо выгорает...

Вот так я понимаю дело... Если в чем-то не прав – буду благодарен, если мне укажут на ошибку. Признаюсь, у меня не было никакого желания дополнительно обсуждать эту тему, в общем-то весьма специальную, – и вернулся я к ней не из чувства противоречия :) Дело ведь не в том, что происходит со вторым началом термодинамики или с энтропией, – а в том, можно ли процесс самоорганизации в диссипативных системах называть развитием духа, если так – то в какой степени для количественной меры такого развития подходит понятие энтропии, – и имеют ли вообще в таком случае наши надежды (на развитие) под собой хоть какие-то основания? О чем все-таки речь – о явлениях природных – или о "сверхприродных"? "Дух" – вписывается в "законы природы" – или нет? И если нет, то каким образом законы природы могут предоставить ему для этого место? (Свое мнение на этот счет я не раз высказывал в блоге, в том числе в дополнениях к той самой статье, которая обсуждалась Сергеем Ервандовичем.)

Ну и в заключение, что касается моего примера – трубы:

>  «"наши нефть и газ перекачиваются в Европу – за счет этого на территории России пока теплится жизнь". А если бы не перекачивались в Европу, а направлялись бы на наши заводы, то жизнь бы не теплилась?»

Да простят мне саркастичность этого примера! Поверьте, я бы тоже предпочел, чтобы было иначе, чтобы нефть и газ направлялись на наши заводы, – но сейчас же это не так! Да, для нас разница весьма существенна, – однако с точки зрения второго начала термодинамики, о чем шла речь, разницы нет: вокруг трубы возникает локальный макроскопический порядок, – заводы, автомобили, человеческие поселения, – в результате энтропия системы в целом растет. Химическая энергия углеводородов (кстати, это опять же накопленная энергия солнца) используется для производства работы (или производства вещей, которые в конце концов оказываются на свалке), а конечный результат – нагрев атмосферы – и излучение избыточного тепла в космическое пространство. Распределение энергии в масштабах вселенной (или околосолнечного пространства) становится в результате более равномерным, что значит – энтропия растет.

[Продолжение ответа на "Школу сути – 6" – третья, завершающая статья]

[*1]
Термодинамическое определение этого понятия (энтропии как функции состояния системы) в этих условиях не работает – и вообще-то следует прибегать к информационному определению, что непросто... (Пусть специалисты меня поправят, если это утверждение не является вполне точным.)
список
обновления
На главную В конец блогаНа предыдущую страницу списка
01.07.2012 (8)
ред. 15.08.2012
2.8. Ячейки Бенара. Второе письмо С.Е.Кургиняну (продолжение)
Контактная форма На следующую страницу спискаВ начало блога
Следите за обновлениями сайта:
 Feedburner