Loven om bevarelse og omdannelse af energi (termodynamikkens første lov) forbyder principielt ikke en sådan overgang, så længe energimængden bevares i samme volumen. Men i virkeligheden sker det aldrig. Det er denne ensidighed, ensrettede omfordeling af energi i lukkede systemer, der understreger det andet princip.
For at afspejle denne proces blev et nyt koncept introduceret i termodynamik - entropi. Entropi forstås som et mål for uorden i systemet. En mere præcis formulering af termodynamikkens anden lov tog følgende form: "I spontane processer i systemer med konstant energi, stiger entropien altid."
Den fysiske betydning af stigningen i entropi bunder i, at et isoleret (med konstant energi) system bestående af et bestemt sæt partikler har tendens til at gå i en tilstand med den mindst ordnede partikelbevægelse. Dette er den enkleste tilstand af systemet, eller tilstanden af termodynamisk ligevægt, hvor partiklernes bevægelse er kaotisk. Maksimal entropi betyder fuldstændig termodynamisk ligevægt, hvilket svarer til komplet kaos.
Det overordnede resultat er ret trist: den irreversible retning af energiomdannelsesprocesser i isolerede systemer vil før eller siden føre til omdannelse af alle typer energi til termisk energi, som vil spredes, dvs. i gennemsnit vil være jævnt fordelt på alle elementer i systemet, hvilket vil betyde termodynamisk balance, eller komplet kaos. Hvis vores univers er lukket, venter en sådan uundværlig skæbne det. Fra kaos, som de gamle grækere hævdede, blev det født, til kaos, som klassisk termodynamik antyder, og vil vende tilbage.
Sandt nok opstår der et mærkeligt spørgsmål: Hvis universet kun udvikler sig mod kaos, hvordan kunne det så opstå og organisere sig til den nuværende ordnede tilstand? Klassisk termodynamik stillede dog ikke dette spørgsmål, fordi det blev dannet i en æra, hvor universets ikke-stationære natur ikke engang blev diskuteret. På det tidspunkt var den eneste tavse bebrejdelse af termodynamikken Darwins evolutionsteori. Trods alt var udviklingsprocessen for plante- og dyreverdenen, antaget af denne teori, karakteriseret ved dens kontinuerlige komplikation, væksten i organisationens og ordenens højde. Dyrelivet søgte af en eller anden grund væk fra termodynamisk ligevægt og kaos. En sådan åbenlys "inkonsekvens" i lovene for udvikling af livløs og levende natur var i det mindste overraskende.
Denne overraskelse steg mange gange efter udskiftningen af modellen af det stationære univers med modellen for det udviklende univers,
hvor den voksende komplikation af organiseringen af materielle objekter var tydeligt synlig - fra elementære og subelementære partikler i de første øjeblikke efter Big Bang til de i øjeblikket observerede stjerne- og galaktiske systemer. Når alt kommer til alt, hvis princippet om stigende entropi er så universelt, hvordan kunne så komplekse strukturer opstå? De kan ikke længere forklares med tilfældige "forstyrrelser" af ligevægtsuniverset som helhed. Det blev klart, at for at opretholde konsistensen af det generelle billede af verden, er det nødvendigt at postulere tilstedeværelsen af stof generelt ikke kun af en destruktiv, men også af en kreativ tendens. Stof er i stand til at arbejde mod termodynamisk ligevægt, selvorganisere og selvkompleks.
Det skal bemærkes, at postulatet om materiens evne til selvudvikling blev introduceret i filosofien for ganske lang tid siden. Men hans behov for grundlæggende naturvidenskab (fysik, kemi) begynder først at blive realiseret nu. I kølvandet på disse problemer, synergi- teorien om selvorganisering. Dets udvikling begyndte for flere årtier siden, og i øjeblikket er det under udvikling inden for flere områder: synergetik (G. Haken), termodynamik uden ligevægt (I. Prigozhy) osv. Uden at gå ind på detaljerne og nuancerne af udviklingen af disse områder, vil vi vil karakterisere den generelle betydning af det komplekse, de udvikler ideer, kalder dem synergetiske (G. Hakens udtryk).
Det vigtigste verdenssynsskifte frembragt af synergetik kan udtrykkes som følger:
a) processerne med ødelæggelse og skabelse, nedbrydning og evolution i universet er mindst ligeværdige i rettigheder;
b) skabelsesprocesserne (stigning i kompleksitet og orden) har en enkelt algoritme, uanset arten af de systemer, hvori de udføres.
Synergetik hævder således at opdage en bestemt universel mekanisme, hvorved selvorganisering udføres både i levende og livløs natur. Ved selvorganisering menes spontan overgang af et åbent ikke-ligevægtssystem fra mindre til mere komplekse og ordnede organisationsformer. Det følger heraf, at genstanden for synergetik på ingen måde kan være et hvilket som helst system.
vi, men kun dem, der opfylder mindst to betingelser:
a) de skal være åbne, dvs. udveksle stof eller energi med miljøet;
b) de skal også i det væsentlige være uligevægtige, dvs. være i en tilstand langt fra termodynamisk ligevægt.
Men det er præcis, hvad de fleste af de systemer, vi kender til, er. Isolerede systemer af klassisk termodynamik er en vis idealisering; i virkeligheden er sådanne systemer undtagelsen, ikke reglen. Det er sværere med hele universet som helhed - hvis vi betragter det som et åbent system, hvad kan så tjene som dets ydre miljø? Moderne fysik mener, at vakuum er et sådant medium for vores materielle univers.
Så synergetics hævder, at udviklingen af åbne og meget ikke-ligevægtssystemer fortsætter gennem stigende kompleksitet og orden. Der er to faser i udviklingscyklussen af et sådant system:
1. En periode med jævn evolutionær udvikling med velforudsigelige lineære ændringer, som til sidst bringer systemet til en ustabil kritisk tilstand.
2. Udgang fra en kritisk tilstand på én gang, brat, og overgang til en ny stabil tilstand med en større grad af kompleksitet og orden.
En vigtig egenskab: overgangen af systemet til en ny stabil tilstand er tvetydig. Efter at have nået de kritiske parametre, "falder systemet fra tilstanden af stærk ustabilitet så at sige ned i en af de mange mulige nye stabile tilstande for det. På dette tidspunkt (det kaldes bifurkationspunktet), afgøres systemets evolutionære vej, som det var, gafler, og hvilken gren af udviklingen der vil blive valgt, afgøres ved et tilfælde! Men efter at "valget er taget", og systemet er flyttet til en kvalitativt ny stabil tilstand, er der ingen vej tilbage. Denne proces er irreversibel. Og heraf følger det i øvrigt, at udviklingen af sådanne systemer er grundlæggende uforudsigelig. Det er muligt at beregne forgreningsmulighederne for udviklingen af systemet, men hvilke af dem der vil blive valgt tilfældigt, kan ikke forudsiges entydigt.
Det mest populære og illustrative eksempel på dannelsen af strukturer med stigende kompleksitet er et velundersøgt fænomen i hydrodynamik kaldet Benard-celler. Når en væske i en rund eller rektangulær beholder opvarmes, opstår der en vis temperaturforskel (gradient) mellem dens nedre og øvre lag. Hvis gradienten er lille, sker varmeoverførsel på mikroskopisk niveau, og der forekommer ingen makroskopisk bevægelse. Men når den når en vis kritisk værdi, opstår der pludselig (i et hop) en makroskopisk bevægelse i væsken, der danner klart definerede strukturer i form af cylindriske celler. Ovenfra ligner en sådan makro-bestilling en stabil cellulær struktur, der ligner en honeycomb.
Dette fænomen, velkendt af alle, er helt utroligt set fra statistisk mekanik. Det indikerer trods alt, at i øjeblikket for dannelsen af Benard-celler begynder milliarder af flydende molekyler, som på kommando, at opføre sig på en koordineret, koordineret måde, selvom de før det var i en fuldstændig kaotisk bevægelse. Det ser ud til, at hvert molekyle "ved" hvad alle andre laver og ønsker at bevæge sig i en fælles formation. (Selve ordet "synergetik" betyder i øvrigt bare "fælles handling".) Klassiske statistiske love virker åbenbart ikke her, det er et fænomen af en anden orden. Når alt kommer til alt, selvom en sådan "korrekt" og stabilt "samarbejdsvillig" struktur blev dannet ved en tilfældighed, hvilket næsten er utroligt, ville den straks bryde sammen. Men den går ikke i opløsning, mens den opretholder de passende forhold (tilstrømning af energi udefra), men bevares stabilt. Det betyder, at fremkomsten af sådanne strukturer med stigende kompleksitet ikke er en ulykke, men et mønster.
Søgningen efter lignende selvorganiseringsprocesser i andre klasser af åbne ikke-ligevægtssystemer ser ud til at være vellykket: laservirkningsmekanismen, væksten af krystaller, det kemiske ur (Belousov-Zhabotinsky-reaktion), dannelsen af en levende organisme, befolkningsdynamik, markedsøkonomi og endelig, hvor millioner af frie individers kaotiske handlinger fører til dannelsen af stabile og
komplekse makrostrukturer - alle disse er eksempler på selvorganisering af systemer af meget forskellig karakter.
Den synergetiske fortolkning af sådanne fænomener åbner op for nye muligheder og retninger for deres undersøgelse. I en generaliseret form kan det nye ved den synergetiske tilgang udtrykkes i følgende positioner:
Kaos er ikke kun destruktivt, men også kreativt, konstruktivt; udvikling udføres gennem ustabilitet (kaoticitet).
Den lineære karakter af udviklingen af komplekse systemer, som den klassiske videnskab er vant til, er ikke reglen, men snarere undtagelsen; udviklingen af de fleste af disse systemer er ikke-lineær. Og det betyder, at for komplekse systemer er der altid flere mulige måder at udvikle sig på.
Udvikling udføres gennem et tilfældigt valg af en af flere tilladte muligheder for yderligere evolution ved bifurkationspunkter. Derfor er tilfældighed ikke en uheldig misforståelse, den er indbygget i evolutionens mekanisme. Det betyder også, at systemets nuværende udviklingsvej måske ikke er bedre end dem, der forkastes ved tilfældig udvælgelse.
Synergetik kommer fra fysiske discipliner - termodynamik, radiofysik. Men hendes ideer er tværfaglige. De danner grundlag for den globale evolutionære syntese, der finder sted i naturvidenskaben. Derfor ses synergetik som en af de vigtigste komponenter i det moderne videnskabelige billede af verden.
2.3.3. Generelle konturer af det moderne naturvidenskabelige billede af verden
Den verden, vi lever i, består af åbne systemer i flere skalaer, hvis udvikling er underlagt visse generelle mønstre. Samtidig har den sin egen lange historie, som er almindeligt kendt af moderne videnskab.
Her er kronologien af de vigtigste begivenheder i denne historie 1:
20 milliarder år tilbage - Big bang
3 minutter senere - dannelsen af universets materielle grundlag (fotoner, neutrinoer og antineutrinoer med en blanding af brintkerner, helium og elektroner).
Efter et par hundrede - udseendet af atomer (lette elementer tusind flere år Kammerat).
19-17 milliarder år siden - dannelsen af strukturer af forskellige skalaer (galakser).
15 milliarder år siden - udseendet af første generations stjerner, dannelsen af atomer af tunge elementer.
5 milliarder år siden - Solens fødsel.
4,6 milliarder år siden - Jordens dannelse.
3,8 milliarder år siden - livets oprindelse.
450 millioner år siden - udseendet af planter.
150 millioner år siden - udseendet af pattedyr.
2 millioner år siden - begyndelsen af menneskeskabt.
Vi understreger, at moderne videnskab ikke kun kender "datoerne", men i mange henseender selve mekanismerne bag universets udvikling fra Big Bang til i dag. Dette er et fantastisk resultat. Desuden blev de største gennembrud til hemmelighederne i universets historie lavet i anden halvdel af vores århundrede:
konceptet om Big Bang blev foreslået og underbygget, kvarkmodellen af atomet blev konstrueret, typerne af fundamentale interaktioner blev etableret og de første teorier om deres forening blev konstrueret osv. Vi er først og fremmest opmærksomme på fysikkens og kosmologiens succeser, fordi det er disse grundlæggende videnskaber, der danner de generelle konturer af det videnskabelige billede af verden.
Verdensbilledet tegnet af moderne naturvidenskab er usædvanligt komplekst og enkelt på samme tid. Svært, fordi det kan forvirre en person, der er vant til enighed
1 Se: Filosofi og videnskabelig metode. - M.: Aspect Press, 1996. - S. 290.
almindelige klassiske videnskabelige ideer. Tidernes begyndelses ideer, korpuskulær-bølgedualismen af kvanteobjekter, den indre struktur af vakuum, der er i stand til at producere virtuelle partikler - disse og andre lignende innovationer giver det nuværende billede af verden et lidt "skørt" udseende. (Dette er dog forbigående: når alt kommer til alt, så ideen om, at Jorden var sfærisk også fuldstændig "skør".)
Men på samme tid er dette billede majestætisk enkelt, slankt og et eller andet sted endda elegant. Disse kvaliteter gives til det hovedsageligt af de førende principper, vi allerede har overvejet for opbygning og organisering af moderne videnskabelig viden:
Konsistens,
global evolutionisme,
selvorganisering,
Historie.
Disse principper for at konstruere et videnskabeligt billede af verden som helhed svarer til de grundlæggende love for selve naturens eksistens og udvikling.
Konsistens betyder videnskabens reproduktion af den kendsgerning, at det observerbare univers fremstår som det største af alle systemer, vi kender, bestående af et stort udvalg af elementer (undersystemer) af forskellige niveauer af kompleksitet og orden.
Et "system" forstås normalt som en slags ordnet sæt af indbyrdes forbundne elementer. Den systemiske effekt findes i udseendet af nye egenskaber i et integreret system, der opstår som følge af vekselvirkningen mellem elementer (brint- og oxygenatomer, for eksempel kombineret til et vandmolekyle, ændrer radikalt deres sædvanlige egenskaber). En anden vigtig egenskab ved systemorganisationen er hierarki, underordning - den konsekvente inklusion af systemer på lavere niveau i systemer på stadig højere niveauer.
Den systemiske måde at kombinere elementer på udtrykker deres grundlæggende enhed: på grund af den hierarkiske inklusion af systemer på forskellige niveauer i hinanden, er ethvert element i ethvert system forbundet med alle elementer i alle mulige systemer. (For eksempel: mennesket - biosfæren - planeten Jorden -
Solsystemet - Galaksen osv.) Det er denne grundlæggende forenede karakter, som verden omkring os viser os. Det videnskabelige billede af verden og den naturvidenskab, der skaber den, er organiseret på samme måde. Alle dens dele er nu tæt forbundet - nu er der praktisk talt ingen "ren" videnskab længere, alt er gennemsyret og transformeret af fysik og kemi.
Global evolutionisme- dette er erkendelsen af umuligheden af eksistensen af universet og alle mindre systemer genereret af det uden udvikling, evolution. Universets udviklende natur vidner også om verdens grundlæggende enhed, hvoraf hver komponent er en historisk konsekvens af den globale evolutionære proces startet af Big Bang.
selvorganisering- dette er materiens observerede evne til selvkomplikation og skabelsen af flere og mere ordnede strukturer i løbet af evolutionen. Mekanismen for overgang af materielle systemer til en mere kompleks og ordnet tilstand er tilsyneladende ens for systemer på alle niveauer.
Disse grundlæggende træk ved det moderne naturvidenskabelige billede af verden bestemmer hovedsageligt dets generelle omrids, såvel som selve metoden til at organisere forskelligartet videnskabelig viden til noget helt og konsekvent.
Den har dog en anden funktion, der adskiller den fra de tidligere versioner. Det består i at genkende historicitet, og følgelig grundlæggende ufuldstændighed virkelige og ethvert andet videnskabeligt billede af verden. Den, der eksisterer nu, er genereret både af tidligere historie og af vor tids specifikke sociokulturelle træk. Samfundets udvikling, ændringen i dets værdiorienteringer, bevidstheden om vigtigheden af at studere unikke natursystemer, hvori mennesket selv indgår som en integreret del, ændrer både den videnskabelige forskningsstrategi og menneskets holdning til verden.
Men universet udvikler sig også. Selvfølgelig foregår udviklingen af samfundet og universet i forskellige tempo-rytmer. Men deres gensidige pålæggelse gør ideen om at skabe et endeligt, fuldstændigt, absolut sandt videnskabeligt billede af verden praktisk talt urealistisk.
Så vi har forsøgt at bemærke nogle grundlæggende træk ved det moderne naturvidenskabelige billede af verden. Dette er blot dens generelle oversigt, efter at have skitseret det, kan man gå videre til et mere detaljeret bekendtskab med de specifikke konceptuelle innovationer i moderne naturvidenskab. Vi vil tale om dem i de følgende kapitler.
Gennemgå spørgsmål
1. Hvorfor dukker videnskaben kun op i VI-IV århundreder. f.Kr øh, ikke tidligere? Hvad kendetegner videnskabelig viden?
2. Hvad er essensen af falsifikationsprincippet? Hvordan arbejder han?
3. Nævn kriterierne for at skelne mellem de teoretiske og empiriske niveauer af videnskabelig viden. Hvilken rolle spiller hvert af disse niveauer i videnskabelig viden?
5. Hvad er et paradigme?
6. Beskriv indholdet af den naturvidenskabelige revolution i slutningen af XIX - begyndelsen af XX århundreder.
7. “Denne verden var indhyllet i dybt mørke. Lad der være lys! Og her kommer Newton. Men Satan ventede ikke længe på hævn. Einstein kom – og alt blev som før. (S. Ya. Marshak)
Hvilket træk ved videnskabelig viden ironiserer forfatteren over?
8. Hvad er essensen af princippet om global evolutionisme? Hvordan kommer det til udtryk?
9. Beskriv hovedideerne for synergetik. Hvad er nyheden ved den synergetiske tilgang?
10. Nævn hovedtrækkene i det moderne naturvidenskabelige billede af verden.
Litteratur
1. Knyazeva E.N., Kurdyumov S.P. Evolutionslove og selvorganisering af komplekse systemer. - M.: Nauka, 1994.
2. Kuznetsov V.I., Idlis G.M., Gutina V.N. Naturvidenskab. - M.: Agar, 1996.
3. Kuhn T. Strukturen af videnskabelige revolutioner. - M.: Fremskridt 1975.
4. Lakatos I. Metodik for videnskabelige forskningsprogrammer // Filosofispørgsmål. - 1995. - Nr. 4.
5. Rovinsky R.E. Univers i udvikling. - M., 1995.
6. Moderne videnskabsfilosofi. - M.: Logos, 1996.
7. Stepin V. S., Gorokhov V. G., Rozov M. A. Videnskabens og teknologiens filosofi. - M.: Gardarika, 1996.
8. Filosofi og videnskabelig metode. - M.: Aspect Press 1996.
_________________________________
7.3.5. Noosfæren. V. I. Vernadskys lære om noosfæren
Menneskets enorme indvirkning på naturen og de store konsekvenser af dets aktiviteter tjente som grundlag for skabelsen
lære om noosfæren. Udtrykket "noosfære" (gr. poo5-sind) oversættes bogstaveligt som sindets sfære. Det blev først introduceret i videnskabelig cirkulation i 1927 af en fransk videnskabsmand E. Leroy. Sammen med Teilhard de Chardin han betragtede noosfæren som en slags ideel formation, en ekstra-biosfærisk tankeskal omkring Jorden.
En række videnskabsmænd foreslår at bruge andre begreber i stedet for begrebet "noosfære": "technosfære", "antroposfære", "psykosfære", "sociosfære" eller bruge dem som synonymer. Denne tilgang synes at være meget kontroversiel, da der er en vis forskel mellem de anførte begreber og begrebet "noosfære".
Det skal også bemærkes, at læren om noosfæren endnu ikke har en fuldstændig kanonisk karakter, hvilket kunne tages som en form for ubetinget vejledning til handling. Læren om noosfæren blev også formuleret i værker af en af dens grundlæggere, V. I. Vernadsky. I hans værker kan man finde forskellige definitioner og ideer om noosfæren, som i øvrigt ændrede sig gennem en videnskabsmands liv. Vernadsky begyndte at udvikle dette koncept fra begyndelsen af 30'erne. efter en detaljeret udvikling af doktrinen om biosfæren. Ved at indse menneskets enorme rolle og betydning i planetens liv og transformation, bruger V. I. Vernadsky begrebet "noosfære" i forskellige betydninger: 1) som en tilstand af planeten, når en person bliver den største transformative geologiske kraft; 2) som et område med aktiv manifestation af videnskabelig tanke; 3) som hovedfaktoren i omstruktureringen og forandringen af biosfæren.
Meget vigtigt i V. I. Vernadskys lære om noosfæren var, at han først indså og forsøgte at syntetisere natur- og samfundsvidenskab når man studerer problemerne med global menneskelig aktivitet, aktiv omstrukturering af miljøet. Efter hans mening er noosfæren allerede et kvalitativt anderledes, højere stadie af biosfæren, forbundet med en radikal transformation ikke kun af naturen, men også af mennesket selv. Dette er ikke kun en sfære for anvendelse af menneskelig viden på et højt teknologisk niveau. Til dette er begrebet "technosphere" nok. Vi taler om et sådant stadie i menneskehedens liv, hvor menneskets transformerende aktivitet vil være baseret på en strengt videnskabelig og virkelig rimelig forståelse af alle igangværende processer og nødvendigvis vil blive kombineret med "naturens interesser".
I øjeblikket under noosfæren forstås samspillssfæren mellem mennesket og naturen, inden for hvilken rimelig menneskelig aktivitet bliver den væsentligste afgørende faktor i udviklingen. I noosfærens struktur kan skelnes som komponenter af menneskeheden, sociale systemer, helheden af videnskabelig viden, summen af udstyr og teknologier i enhed med biosfæren Den harmoniske sammenkobling af alle komponenter i strukturen er grundlaget for noosfærens bæredygtige eksistens og udvikling .
Når vi taler om den evolutionære udvikling af verden, dens overgang til noosfæren, var grundlæggerne af denne doktrin forskellige med hensyn til at forstå essensen af denne proces. Teilhard de Chardin talte om biosfærens gradvise overgang til noosfæren, dvs. "ind i sindets rige, hvis udvikling er underlagt menneskets sind og vilje", ved gradvist at udjævne vanskelighederne mellem mennesket og naturen.
I V. I. Vernadsky møder vi en anden tilgang. I hans doktrin om biosfæren forvandler levende stof Jordens øvre skal. Gradvist øges menneskelig indgriben, menneskeheden er ved at blive den vigtigste planetariske geologisk-dannende kraft. Derfor (kernen i Vernadskys doktrin om noosfæren) er mennesket direkte ansvarligt for planetens udvikling. Hans forståelse af denne afhandling er også nødvendig for hans egen overlevelse. Udviklingens spontanitet vil gøre biosfæren uegnet til menneskelig beboelse. I denne henseende bør en person måle sine behov med biosfærens muligheder. Indvirkningen på den skal doseres af sindet i løbet af biosfærens og samfundets udvikling. Gradvist omdannes biosfæren til noosfæren, hvor dens udvikling får en kontrolleret karakter.
Dette er den vanskelige natur af udviklingen af naturen, biosfæren, såvel som kompleksiteten af fremkomsten af noosfæren, der bestemmer menneskets rolle og plads i den. V. I. Vernadsky understregede gentagne gange, at menneskeheden kun er på vej ind i denne tilstand. Og i dag, flere årtier efter videnskabsmandens død, er der ikke tilstrækkeligt grundlag for at tale om stabil intelligent menneskelig aktivitet (det vil sige, at vi allerede har nået noosfærens tilstand). Og sådan vil det i hvert fald være, indtil menneskeheden løser klodens globale problemer, inklusive miljøproblemer. Mere om noosfæren
tale om det ideal, som en person bør stræbe efter.
7.4. Forholdet mellem rum og dyreliv
På grund af sammenkoblingen af alt, hvad der eksisterer, har kosmos en aktiv indflydelse på de mest forskelligartede livsprocesser på Jorden.
VI Vernadsky, der talte om de faktorer, der påvirker udviklingen af biosfæren, påpegede blandt andet den kosmiske indflydelse. Så han understregede, at uden kosmiske kroppe, især uden Solen, kunne liv på Jorden ikke eksistere. Levende organismer omdanner kosmisk stråling til jordisk energi (termisk, elektrisk, kemisk, mekanisk) i en skala, der bestemmer eksistensen af biosfæren.
Den svenske videnskabsmand påpegede kosmos betydningsfulde rolle i livets fremkomst på Jorden. nobelpristager S. Arrhenius. Efter hans mening var introduktionen af liv til Jorden fra rummet mulig i form af bakterier på grund af kosmisk støv og energi. V. I. Vernadsky udelukkede ikke muligheden for udseendet af liv på Jorden fra rummet.
Rummets indflydelse på de processer, der forekommer på Jorden (for eksempel Månen på tidevandet, solformørkelser) blev bemærket af mennesker i oldtiden. Men i mange århundreder blev forbindelsen mellem kosmos og Jorden oftere forstået på niveau med videnskabelige hypoteser og formodninger, eller endda uden for videnskabens rammer. Dette skyldtes i høj grad de begrænsede menneskelige kapaciteter, videnskabelige grundlag og tilgængelige værktøjer. I XX Gennem århundreder er viden om rummets indflydelse på Jorden steget markant. Og dette er fortjenesten af russiske videnskabsmænd, primært repræsentanter russisk kosmisme - A. L. Chizhevsky, K. E. Tsiolkovsky, L. N. Gumilyov, V. I. Vernadsky og andre.
A. L. Chizhevsky lykkedes på mange måder at forstå, evaluere og identificere omfanget af kosmos, og frem for alt Solens, indflydelse på det jordiske liv og dets manifestationer. Dette er veltalende bevist af titlerne på hans værker: "Fysiske faktorer i den historiske proces", "Jordens ekko af solstorme" osv.
Forskere har længe været opmærksomme på manifestationer af solaktivitet (pletter, fakler på overfladen, prominenser). Denne aktivitet viste sig til gengæld at være forbundet med elektromagnetiske og andre udsving i verdensrummet. A. L. Chizhevsky, efter at have udført adskillige videnskabelige undersøgelser inden for astronomi, biologi og historie, kom til den konklusion, at Solen og dens aktivitet har en meget betydelig indflydelse på biologiske og sociale processer på Jorden ("Fysiske faktorer i den historiske proces").
I 1915 henledte den 18-årige A.L. Chizhevsky, der hengivent studerede astronomi, kemi og fysik, opmærksomheden på synkronismen mellem dannelsen af solpletter og den samtidige intensivering af fjendtlighederne på fronterne af Første Verdenskrig. Det akkumulerede og generaliserede statistiske materiale gjorde det muligt for ham at gøre denne undersøgelse videnskabelig og overbevisende.
Meningen med hans koncept, baseret på rigt faktuelt materiale, var at bevise eksistensen af kosmiske rytmer og afhængigheden af det biologiske og sociale liv på Jorden af rummets puls. K. E. Tsiolkovsky vurderede sin kollegas arbejde som følger: "Den unge videnskabsmand forsøger at opdage et funktionelt forhold mellem menneskehedens adfærd og fluktuationer i solens aktivitet og ved beregninger at bestemme rytmen, cyklusserne og perioderne for disse ændringer og fluktuationer, hvilket skaber en ny sfære af menneskelig viden. Alle disse brede generaliseringer og dristige tanker udtrykkes af Chizhevsky for første gang, hvilket giver dem stor værdi og vækker interesse. Dette arbejde er et eksempel på sammensmeltningen af forskellige videnskaber på det monistiske grundlag af fysisk og matematisk analyse” 1 .
Først mange år senere blev tankerne og konklusionerne udtrykt af A. L. Chizhevsky om solens indflydelse på jordiske processer bekræftet i praksis. Talrige observationer har vist en ubestridelig afhængighed af masseudbrud af neuropsykiatriske og kardiovaskulære sygdomme hos mennesker under periodiske cyklusser af solaktivitet. Prognoser om såkaldte "dårlige dage" for sundhed er almindelige i disse dage.
Chizhevskys idé er interessant, at magnetiske forstyrrelser på Solen på grund af Kosmos enhed kan alvorligt påvirke problemet med statslederes sundhed. I spidsen for de fleste regeringer i mange lande står jo midaldrende mennesker. De rytmer, der forekommer på Jorden og i rummet, påvirker naturligvis deres sundhed og velbefindende. Dette er især farligt under forhold med totalitære, diktatoriske regimer. Og hvis umoralske eller mentalt handicappede individer står i spidsen for staten, så kan deres patologiske reaktioner på kosmiske forstyrrelser føre til uforudsigelige og tragiske konsekvenser både for folkene i deres lande og for hele menneskeheden under forhold, hvor mange lande besidder stærke våben. ødelæggelse.
Et særligt sted er optaget af Chizhevskys udsagn om, at Solen i væsentlig grad påvirker ikke kun biologiske, men også sociale processer på Jorden. Sociale konflikter (krige, optøjer, revolutioner) er ifølge A. L. Chizhevsky i høj grad bestemt af vores armatures adfærd og aktivitet. Ifølge hans beregninger er der under den minimale solaktivitet et minimum af masseaktive sociale manifestationer i samfundet (ca. 5%). Under solaktivitetens højdepunkt når deres antal op på 60%.
Mange af A. L. Chizhevskys ideer har fundet deres anvendelse inden for rum- og biologiske videnskaber. De bekræfter menneskets og kosmos uadskillelige enhed, peger på deres tætte gensidige indflydelse.
Meget originale var rumideerne fra den første repræsentant for russisk kosmisme N. F. Fedorova. Han havde store forhåbninger til videnskabens fremtidige udvikling. Det er hun, ifølge N.F. Fedorov, der vil hjælpe en person med at forlænge sit liv og i fremtiden gøre ham udødelig. Genbosættelse af mennesker på andre planeter på grund af den store ophobning vil blive en nødvendig realitet. Space for Fedorov er et aktivt felt for menneskelig aktivitet. I midten af XIX århundrede. han foreslog sin egen version af menneskers bevægelse i det ydre rum. Ifølge tænkeren vil det være nødvendigt at mestre klodens elektromagnetiske energi, som vil gøre det muligt at regulere dens bevægelse i verdensrummet og forvandle Jorden til et rumfartøj ("earth rover") for flyvninger ud i rummet. I
K. E. Tsiolkovsky. Han ejer også en række originale filosofiske ideer. Livet er ifølge Tsiolkovsky evigt. ”Efter hvert dødsfald sker det samme - spredning ... Vi har altid levet og vil altid leve, men hver gang i en ny form og selvfølgelig uden erindring om fortiden ... Et stykke stof er underlagt en utallig række af liv, skønt adskilt af enorme tidsintervaller..." 1 . I dette er tænkeren meget tæt på den hinduistiske lære om sjæletransmigrering, såvel som på Demokrit.
1 Tsiolkovsky K.E.
Sådan forestiller Tsiolkovsky sig teknologien "humanitær bistand". "Perfect World" tager sig af alt. På andre planeter med lavere udvikling bliver han støttet og opmuntret "kun det gode." "Enhver afvigelse mod ondskab eller lidelse bliver omhyggeligt rettet. Hvilken vej? Ja, ved hjælp af udvælgelse: de onde, eller de, der afviger mod det onde, efterlades uden afkom... De perfektes kraft trænger igennem alle planeter, alle mulige steder i livet og overalt. Disse steder er befolket af deres egen modne slags. Er det ikke som en gartner, der ødelægger alle de ubrugelige planter på sin jord og efterlader kun de bedste grøntsager! Hvis indgreb ikke hjælper, og intet andet end lidelse forudses, så ødelægges hele den levende verden smertefrit...” 1 .
\ Tsiolkovsky K.E. Dekret. op. - S. 378-379.
I fremtiden vil mennesket ifølge Fedorovs planer forene alle verdener og blive en "planetingeniør". Dette vil især nøje manifestere menneskets og kosmos enhed.
N. F. Fedorovs ideer om genbosættelse af mennesker på andre planeter blev udviklet af en strålende videnskabsmand inden for raketvidenskab K. E. Tsiolkovsky. Han ejer også en række originale filosofiske ideer. Livet er ifølge Tsiolkovsky evigt. ”Efter hvert dødsfald sker det samme - spredning ... Vi har altid levet og vil altid leve, men hver gang i en ny form og selvfølgelig uden erindring om fortiden ... Et stykke stof er underlagt en utallig række af liv, skønt adskilt af enorme tidsintervaller..." 1 . I dette er tænkeren meget tæt på den hinduistiske lære om sjæletransmigrering, såvel som på Demokrit.
Baseret på den fundamentalt dialektiske idé om universelt liv, overalt og altid eksisterende gennem bevægelige og evigt levende atomer, forsøgte Tsiolkovsky at bygge en integreret ramme af "kosmisk filosofi".
Videnskabsmanden troede, at liv og intelligens på Jorden ikke er de eneste i universet. Sandt nok brugte han som bevis kun påstanden om, at universet er ubegrænset, og anså dette for ganske tilstrækkeligt. Ellers, "hvad ville universets mening være, hvis det ikke var fyldt med en organisk, intelligent, sansende verden?" Baseret på Jordens sammenlignende ungdom konkluderer han, at livet er meget mere perfekt på andre "ældre planeter" 2 . Desuden påvirker det aktivt andre niveauer af livet, inklusive det jordiske.
I sin filosofiske etik er Tsiolkovsky rent rationalistisk og konsekvent. Ved at løfte ideen om konstant forbedring af stof til en absolut, ser Tsiolkovsky denne proces som følger. Det ydre rum, der ikke har nogen grænser, er beboet af intelligente væsener på forskellige udviklingsniveauer. Der er planeter, som med hensyn til udviklingen af intelligens og magt har nået det højeste niveau og er foran andre. Disse "perfekte" planeter, der har gennemgået alle evolutionens pinsler og kendte deres triste fortid og tidligere ufuldkommenhed, har
" Tsiolkovsky K.E. Drømme om jord og himmel. - Tula: Ca. Bestil. forlag, 1986. -S. 380-381.
2 Tsiolkovsky K.E. Dekret. op. - S. 378-379.
den moralske ret til at regulere livet på andre, hidtil primitive planeter, for at redde deres befolkning fra udviklingens plager.
Sådan forestiller Tsiolkovsky sig teknologien "humanitær bistand". "Perfect World" tager sig af alt. På andre planeter med lavere udvikling dem"kun det gode" støttes og opmuntres. "Enhver afvigelse mod ondskab eller lidelse bliver omhyggeligt rettet. Hvilken vej? Ja, ved hjælp af udvælgelse: de onde, eller de, der afviger mod det onde, efterlades uden afkom... De perfektes kraft trænger igennem alle planeter, alle mulige steder i livet og overalt. Disse steder er befolket af deres egen modne slags. Er det ikke som en gartner, der ødelægger alle de ubrugelige planter på sin jord og efterlader kun de bedste grøntsager! Hvis indgreb ikke hjælper, og intet andet end lidelse forudses, så ødelægges hele den levende verden smertefrit...” 1 .
K. E. Tsiolkovsky dybtgående af sine samtidige studerede og dækkede filosofiske problemer med udforskning af rummet. Han mente, at Jorden i universet har en særlig rolle. Jorden henviser til de senere planeter, "lovende". Kun et lille antal af sådanne planeter vil få ret til uafhængig udvikling og pine, inklusive Jorden.
I løbet af evolutionen vil der over tid blive dannet en forening af alle intelligente højere væsener i kosmos. Først - i form af en forening af dem, der bor i de nærmeste sole, derefter - en forening af foreninger, og så videre, i det uendelige, eftersom universet selv er uendeligt.
Jordens moralske, kosmiske opgave er at bidrage til forbedringen af kosmos. Jordboere kan kun retfærdiggøre deres høje mission i at forbedre verden ved at forlade Jorden og gå ud i rummet. Derfor ser Tsiolkovsky sin personlige opgave i at hjælpe jordboere med at organisere genbosættelse til andre planeter og deres bosættelse i hele universet. Han understregede, at essensen af hans kosmiske filosofi er "i migration fra Jorden og i afviklingen af Kosmos." Derfor var opfindelsen af raketten for Tsiolkovsky på ingen måde et mål i sig selv (som nogle tror, idet han kun ser en raketforsker i ham), men en metode til at trænge ind i rummets dybder.
1 Tsiolkovsky K.E. Dekret. op. - S. 378-379.
Videnskabsmanden mente, at mange millioner år gradvist forbedrer menneskets natur og dets sociale organisation. I løbet af evolutionen vil den menneskelige krop undergå væsentlige ændringer, der vil gøre en person i det væsentlige til en rationel "dyre-plante", der kunstigt behandler solenergi. Dermed opnås fuld spillerum for hans vilje og uafhængighed af miljøet. I sidste ende vil menneskeheden være i stand til at udnytte hele det cirkumsolare rum og solenergi. Og med tiden vil den jordiske befolkning bosætte sig i hele det cirkumsolare rum.
K. E. Tsiolkovskys ideer om enhed af de forskellige verdener i rummet, dets konstante forbedring, inklusive mennesket selv, om menneskehedens udgang til rummet, indeholder en vigtig filosofisk og humanistisk betydning.
I dag opstår der allerede praktiske problemer med menneskets indflydelse på rummet. I forbindelse med regulære rumflyvninger er der således mulighed for utilsigtet indføring i rummet, især til andre planeter, af levende organismer. En række jordbaserede bakterier er i stand til at modstå de mest ekstreme temperaturer, stråling og andre eksistensforhold i lang tid. Temperaturamplituden af eksistens i nogle arter af encellede organismer når 600 grader. Det er umuligt at forudsige, hvordan de vil opføre sig i et anderledes ujordisk miljø.
På nuværende tidspunkt begynder folk aktivt at bruge plads til at løse specifikke teknologiske problemer, uanset om det er dyrkning af sjældne krystaller, svejsning og andet arbejde. Og rumsatellitter har længe været anerkendt som et middel til at indsamle og transmittere forskellig information.
7.5. Modsigelser i systemet: natur-biosfære-menneske
Forholdet mellem natur og samfund kan ikke betragtes uden for de modsætninger, der uundgåeligt opstår og eksisterer mellem dem. Historien om menneskets og naturens sameksistens er en enhed af to tendenser.
For det første, med udviklingen af samfundet og dets produktivkræfter, udvides menneskets herredømme over naturen konstant og hurtigt. I dag manifesteres det allerede på planetarisk skala. For det andet bliver modsætningerne og disharmonien mellem mennesket og naturen konstant uddybet.
Naturen er, trods al den utallige mangfoldighed af dens bestanddele, en enkelt helhed. Det er derfor, at en persons indflydelse på separate dele af en udadtil underdanig og fredelig karakter på samme tid har indflydelse, uanset folks vilje og på dets øvrige komponenter. Resultaterne af responsen er ofte uforudsigelige og svære at forudsige. En person pløjer jorden og hjælper med væksten af planter, der er nyttige for ham, men på grund af fejl i landbruget vaskes det frugtbare lag væk. Skovrydning for landbrugsjord fratager jorden tilstrækkelig fugt, og som et resultat bliver markerne hurtigt golde. Ødelæggelsen af rovdyr reducerer resistens hos planteædere og forværrer deres genpulje. En sådan "sort liste" over lokale påvirkninger fra mennesket og naturens reaktion kan fortsættes i det uendelige.
At ignorere naturens integrerede dialektiske natur fører til negative konsekvenser både for den og for samfundet. F. Engels skrev fremsynet om dette på et tidspunkt: ”Lad os dog ikke lade os forføre af vore sejre over naturen. For hver sådan sejr tager hun hævn på os. Hver af disse sejre har ganske vist først og fremmest de konsekvenser, som vi forventede, men for det andet og for det tredje helt andre, uforudsete konsekvenser, som meget ofte ødelægger konsekvenserne af de første.
Huller i det generelle kulturniveau, at generationer af mennesker ignorerer mønstre og karakteristika af den levende verden, er desværre en trist realitet selv i dag. Bitre beviser på, hvor stædigt menneskeheden ikke ønsker at lære af sine egne fejl, kan være floder, der er blevet lavvandede efter skovrydning, saltvand som følge af analfabet kunstvanding og er blevet uegnede til landbrug, tørre hav (Aralsøen) osv.
Negativt for både naturen og samfundet er menneskets uhøjtidelige indblanding i miljøet.
1 Marx K., Engels F. Op. T. 20. - S. 495.
miljø i dag, fordi dets konsekvenser på grund af produktivkræfternes høje udviklingsniveau ofte er af global karakter og giver anledning til globale miljøproblemer.
Udtrykket "økologi", først brugt af en tysk biolog E. Haeckel i 1866, betegner videnskab om levende organismers forhold til miljøet. Videnskabsmanden mente, at den nye videnskab kun ville beskæftige sig med dyrs og planters forhold til deres miljø. Men når vi i dag taler om problemerne med økologi (dette udtryk er gået ind i vores liv i 70'erne af det XX århundrede), mener vi faktisk social økologi -en videnskab, der studerer problemerne med samspil mellem samfund og miljø.
I dag kan den økologiske situation i verden beskrives som tæt på kritisk. Den første FN-konference om miljø i 1972 erklærede officielt tilstedeværelsen på Jorden af en global økologisk krise i hele biosfæren. I dag er der ikke længere lokale (regionale), men global(i hele verden) Økologiske problemer:
tusindvis af arter af planter og dyr er blevet ødelagt og fortsætter med at blive ødelagt; skovdækket er stort set blevet ødelagt; den tilgængelige lager af mineraler er hurtigt faldende; verdenshavet er ikke kun udtømt som følge af ødelæggelsen af levende organismer, men holder også op med at være en regulator af naturlige processer; atmosfæren er mange steder forurenet til de maksimalt tilladte standarder, ren luft bliver knap; der er praktisk talt ikke en eneste kvadratmeter overflade på Jorden, hvor elementer kunstigt skabt af mennesket ikke er placeret.
Med begyndelsen af rumflyvninger er problemerne med økologi flyttet til det åbne rum. Uudnyttet affald fra menneskelige rumaktiviteter ophobes i rummet, hvilket også bliver et stadig mere akut problem. Selv på Månen opdagede amerikanske astronauter adskillige fragmenter og rester af jordens kunstige satellitter, sendt dertil på én gang af menneskeheden. I dag kan vi allerede tale om problemet med rumøkologi Spørgsmålet om rumflyvningers indflydelse på forekomsten af ozonhuller i jordens atmosfære er ikke blevet løst.
Der var et andet tidligere ukendt problem - økologi og menneskers sundhed. Forurening af atmosfæren, hydrosfæren og jorden
førte til vækst og ændring i strukturen af menneskelige sygdomme. Der er nye sygdomme bragt af civilisationen: allergiske, stråling, giftige. Der er genetiske ændringer i kroppen. På grund af den ekstremt ugunstige miljøsituation i store industribyer er antallet af sygdomme i de øvre luftveje steget mange gange. Den ultrahøje livsrytme og informationsoverbelastning har ført til, at kurven for kardiovaskulære, neuropsykiske, onkologiske sygdomme har taget et kraftigt spring op.
Det bliver helt indlysende, at menneskets forbrugerholdning til naturen kun er skadelig som et objekt for at opnå visse rigdomme og fordele. For menneskeheden i dag er det afgørende at ændre holdningen til naturen og i sidste ende til sig selv.
Hvad er måder at løse miljøproblemer på^. Først og fremmest er det nødvendigt at gå fra en forbrugeristisk, teknokratisk tilgang til naturen til en søgen efter harmoni med hende. Hertil skal der især en række målrettede tiltag til grøn produktion: brugen af miljøvenlige teknologier og industrier, den obligatoriske miljøgennemgang af nye projekter og ideelt set skabelsen af affaldsfri lukkede kredsløbsteknologier, der er uskadelige både for naturen og menneskers sundhed. Der er behov for en ubarmhjertig, streng kontrol med produktionen af fødevarer, som allerede udføres i mange civiliserede lande.
Derudover er der behov for konstant pleje for at opretholde en dynamisk balance mellem natur og menneske. En person skal ikke kun tage fra naturen, men også give til den (plante skove, fiskeopdræt, organisere nationalparker, naturreservater osv.).
De anførte og andre tiltag kan dog kun have en håndgribelig effekt, hvis alle landes indsats forenes for at redde naturen. Det første forsøg på en sådan international sammenslutning blev gjort i begyndelsen af vort århundrede. I november 1913 blev den første internationale konference om naturbevarelse afholdt i Schweiz med deltagelse af repræsentanter for 18 største stater i verden. I dag er mellemstatslige samarbejdsformer ved at nå et kvalitativt nyt niveau. Internationale koncepter til beskyttelse af miljøet er ved at blive afsluttet
bomiljø gennemføres forskellige fælles udviklinger og programmer. Aktiv aktivitet af de "grønne" (offentlige organisationer til beskyttelse af miljøet - "Greenpeace"). Green Cross Green Crescent Environmental International er i øjeblikket ved at udvikle et program, der skal løse problemet med "ozonhuller" i jordens atmosfære. Det skal dog erkendes, at på grund af verdens staters meget forskellige sociopolitiske udviklingsniveauer er internationalt samarbejde på miljøområdet stadig meget langt fra det ønskede og nødvendige niveau.
En anden foranstaltning, der sigter mod at forbedre forholdet mellem mennesket og naturen, er rimelig selvbeherskelse i forbruget af naturressourcer, især energikilder, som er af afgørende betydning for menneskehedens liv. Beregninger fra internationale eksperter viser, at ud fra det nuværende forbrugsniveau vil kulreserverne holde i 430 år, olie - i 35 år, naturgas - i 50 år. Perioden, især hvad angår oliereserver, er ikke så lang. . I denne henseende er der brug for rimelige strukturelle ændringer i den globale energibalance i retning af at udvide brugen af kerneenergi samt søgen efter nye, effektive, sikre og mest miljøvenlige energikilder.
En anden vigtig retning i løsningen af miljøproblemet er dannelsen i samfundet økologisk bevidsthed, forståelse af naturen som et andet væsen, som man ikke kan herske over uden at skade sig selv. Økologisk uddannelse og opdragelse i samfundet bør lægges på statsligt niveau og udføres fra den tidlige barndom.
Med stort besvær, ved at begå smertefulde fejl, bliver menneskeheden gradvist mere og mere opmærksom på behovet for at bevæge sig fra en forbrugeristisk holdning til naturen til harmoni med den.
Gennemgå spørgsmål
1. Hvad er forskellen mellem begreberne: "levende stof", "biosfære", "biocenose", "biogeocenose"?
2. Hvad er karakteren af biosfærens evolution og udvikling? Hvad er essensen af V. I. Vernadskys lære om biosfæren og noosfæren?
3. Hvad er essensen af begreberne geografisk determinisme? Hvad er rationelt i dem, og hvad er overdrevet?
4. Hvad er forholdet mellem begreberne: "natur", "geografisk miljø", "miljø"?
5. Hvad er teknosfæren? Hvad er dens rolle i udviklingen af biosfæren?
6. Hvad er rummets og Jordens gensidige indflydelse? Hvilken egenskab lagde repræsentanterne for den russiske kosmisme mærke til i disse forhold?
7. Hvad er inkonsistensen i forholdet mellem mennesket og naturen?
> Termodynamikkens anden lov
Ordlyd termodynamikkens anden lov i enkle ord: varmeoverførselsproces, entropi og temperatur, sammenhæng med termodynamikkens første lov, formel.
Ifølge termodynamikkens anden lov sker varmeoverførsel spontant fra højere til lavere temperaturer.
Lærende opgave
- Sammenlign irreversibiliteten mellem termodynamikkens første og anden lov.
Centrale punkter
- Mange af de fænomener, der indrømmes i den første lov, forekommer ikke i virkeligheden.
- De fleste processer sker spontant i én retning. Den anden lov er relateret til retning.
- Der er ingen måde at transportere varme fra en kold til en varm krop.
Betingelser
- Entropi er et mål for fordelingen af ensartet energi i hele systemet.
- Termodynamikkens første lov er energibevarelse i termodynamiske systemer (ΔU = Q - W).
irreversibilitet
Lad os studere formuleringen af termodynamikkens anden lov i enkle ord. Termodynamikkens anden lov er forbundet med retningen relateret til spontane processer. De fleste af dem opstår spontant og udelukkende i én retning (de er irreversible). Irreversibilitet findes ofte i hverdagen (brudt vase). En sådan proces er afhængig af en vej. Hvis det kun går i én retning, så kan du ikke returnere alt tilbage.
For eksempel sker varmeoverførsel fra en varmere krop til en køligere. En kold krop i kontakt med en varm vil aldrig sænke sin temperatur. Desuden kan kinetisk energi blive til termisk energi, men ikke omvendt. Dette kan også ses i eksemplet med udvidelsen af et pust af gas, der indføres i hjørnet af vakuumkammeret. Gassen udvider sig og forsøger at fylde rummet, men den bliver aldrig udelukkende i hjørnet.
(a) - Varmeoverførsel sker spontant fra varmt til køligt, og ikke omvendt. (b) - Maskinens bremser omdanner kinetisk energi til varmeoverførsel. (c) - En gasflash, der sendes ind i et vakuumkammer, udvider sig hurtigt for jævnt at fylde hele rummet med sig selv. Tilfældigt bevægende molekyler vil aldrig få ham til at koncentrere sig i et enkelt hjørne.
Termodynamikkens anden lov
Hvis der er processer, der ikke kan vende, så er der en lov, der forbyder dette. Interessant nok tillader den første lov dette, men ingen proces krænker energibevarelsen. Hovedloven er den anden. Det afslører naturbegrebet, og nogle af udsagnene påvirker dramatisk mange vigtige spørgsmål.
Ifølge termodynamikkens anden lov sker varmeoverførsel spontant fra legemer med højere temperaturer til lavere. Men aldrig omvendt.
Loven siger også, at ingen proces kan resultere i overførsel af varme fra en kold krop til en varm.
« Fysik - klasse 10"
Tillader termodynamikkens første lov spontan overførsel af varme fra et mindre opvarmet legeme til et varmere?
Forekommer sådanne processer i naturen?
Vi har allerede bemærket, at termodynamikkens første lov er et særligt tilfælde af loven om energibevarelse.
Loven om bevarelse af energi siger, at mængden af energi i enhver af dens transformationer forbliver uændret. I mellemtiden forekommer mange processer, der er ganske tilladelige ud fra loven om bevarelse af energi, aldrig i virkeligheden.
For eksempel, set fra termodynamikkens første lov i et isoleret system, er overførsel af varme fra et mindre opvarmet legeme til et varmere muligt, hvis mængden af varme modtaget af det varme legeme er nøjagtigt lig med mængden af varme afgivet af den kolde krop. Samtidig tyder vores erfaring på, at det ikke er muligt.
Termodynamikkens første lov angiver ikke retningen af processer.
Termodynamikkens anden lov.
Termodynamikkens anden lov angiver retningen af mulige energitransformationer, det vil sige retningen af processer, og udtrykker derved irreversibiliteten af processer i naturen. Denne lov blev etableret ved direkte generalisering af eksperimentelle fakta.
Der er flere formuleringer af den anden lov, som trods deres ydre forskelle i det væsentlige udtrykker det samme og derfor er ækvivalente.
Den tyske videnskabsmand R. Clausius (1822-1888) formulerede denne lov som følger:
Det er umuligt at overføre varme fra et koldere system til et varmere i fravær af andre samtidige ændringer i begge systemer eller i de omgivende kroppe.
Her er den eksperimentelle kendsgerning af en bestemt retning af varmeoverførsel angivet: varme overføres altid af sig selv fra varme legemer til kolde. Det er rigtigt, at i køleanlæg overføres varme fra et koldt legeme til et varmere, men denne overførsel er forbundet med andre ændringer i de omgivende kroppe: afkøling opnås gennem arbejde.
Vigtigheden af denne lov er, at den kan bruges til at konkludere, at ikke kun varmeoverførselsprocessen er irreversibel, men også andre processer i naturen.
Overvej et eksempel. Pendulets svingninger, taget ud af ligevægtspositionen, falmer (Fig. 13.12) 1, 2, 3, 4 - på hinanden følgende positioner af pendulet ved maksimale afvigelser fra ligevægtspositionen). På grund af arbejdet med friktionskræfter falder pendulets mekaniske energi, og temperaturen på pendulet og den omgivende luft (og dermed deres indre energi) stiger lidt.
Du kan igen øge pendulets udsving ved at skubbe det med hånden. Men denne stigning kommer ikke af sig selv, men bliver mulig som et resultat af en mere kompleks proces, der involverer håndens bevægelse.
Mekanisk energi omdannes spontant til indre energi, men ikke omvendt. I dette tilfælde omdannes energien fra den ordnede bevægelse af kroppen som helhed til energien fra den uordnede termiske bevægelse af dets konstituerende molekyler.
Et andet eksempel er diffusionsprocessen. Når vi åbner en flaske parfume, dufter vi hurtigt til parfumen. Molekyler af et aromatisk stof trænger på grund af termisk bevægelse ind i rummet mellem luftmolekyler. Det er svært at forestille sig, at de alle igen er samlet i en boble.
Antallet af sådanne eksempler kan øges næsten uendeligt. De siger alle, at processerne i naturen har en bestemt retning, som ikke på nogen måde afspejles i termodynamikkens første lov.
Alle makroskopiske processer i naturen forløber kun i én bestemt retning.
I den modsatte retning kan de ikke flyde spontant. Alle processer i naturen er irreversible.
Tidligere, når vi overvejede processer, antog vi, at de er reversible.
En reversibel proces er en proces, der kan udføres i fremadgående og tilbagegående retning gennem de samme mellemtilstande uden ændringer i de omgivende legemer.
En reversibel proces skal forløbe meget langsomt for at hver mellemtilstand er i ligevægt.
ligevægtstilstand er en tilstand, hvor temperaturen og trykket er ens på alle punkter i systemet.
Derfor tager det tid for systemet at nå en ligevægtstilstand.
Når vi studerede isoprocesser, antog vi, at overgangen fra den oprindelige tilstand til den endelige passerer gennem ligevægtstilstande, og anså de isotermiske, isobariske og isokoriske processer for at være reversible.
Der er ingen ideelle reversible processer i naturen, dog kan virkelige processer betragtes som reversible med en vis grad af nøjagtighed, hvilket er meget vigtigt for teorien.
En levende illustration af irreversibiliteten af fænomener i naturen er at se en film i den modsatte retning.
For eksempel vil et hop i vandet se sådan ud. Roligt vand i poolen begynder at koge, benene dukker op, bevæger sig hurtigt opad, og så hele dykkeren. Vandets overflade falder hurtigt til ro. Gradvist falder dykkerens fart, og nu står han roligt på tårnet.
En sådan proces som en dykkers opstigning til et tårn fra vandet er ikke i modstrid med hverken loven om energibevarelse eller mekanikkens love eller nogen love generelt, undtagen termodynamikkens anden lov.
Ingen motor kan omdanne varme til arbejde med 100 % effektivitet. (2) entropi kan ikke falde i et lukket system. (3).
Naturlige processer er i sagens natur rettet og irreversible, men de fleste af lovene beskrevet i denne bog afspejler ikke dette – i hvert fald ikke eksplicit. At knække æg og lave røræg er ikke svært, men det er umuligt at genskabe råæg fra færdiglavede røræg.
. Duften fra en åben flaske parfume fylder rummet – men du kan ikke samle den tilbage i flasken. Og årsagen til en sådan irreversibilitet af de processer, der forekommer i universet, ligger i termodynamikkens anden lov, som trods al sin tilsyneladende enkelhed er en af de sværeste og ofte misforståede love i klassisk fysik.
Først og fremmest har denne lov mindst tre ens formuleringer foreslået i forskellige år af fysikere fra forskellige generationer. Det kan se ud til, at der ikke er noget til fælles mellem dem, men de er alle logisk ækvivalente med hinanden. Fra enhver formulering af den anden lov udledes to andre matematisk.
Vi starter med den første formulering, som tilhører den tyske fysiker Rudolf Clausius (se Clausius-Clapeyron-ligningen. Her er en enkel og overskuelig illustration af denne formulering: Vi tager en isterning fra køleskabet og lægger den i vasken. Efter nogen tid vil isterningen smelte, fordi varmen fra et varmere legeme (luft) vil blive overført til et koldere (isterninge. Ud fra loven om energibevarelse er der ingen grund til at termisk energi, der skal overføres i denne retning: selv om isen blev koldere og luften varmere, er loven om energiens bevarelse Det faktum, at dette ikke sker, er blot et bevis på den allerede nævnte retning af fysiske processer.
Hvorfor is og luft interagerer på denne måde, kan vi nemt forklare ved at betragte denne interaktion på molekylært niveau. Fra molekylær kinetisk teori ved vi, at temperatur afspejler bevægelseshastigheden af kropsmolekyler - jo hurtigere de bevæger sig, jo højere er temperaturen i kroppen. Det betyder, at luftmolekyler bevæger sig hurtigere end vandmolekyler i en isterning. Når et luftmolekyle kolliderer med et vandmolekyle på overfladen af is, som erfaringen fortæller os, sænker hurtige molekyler i gennemsnit farten, og langsomme accelererer. Således begynder vandmolekylerne at bevæge sig hurtigere og hurtigere, eller tilsvarende stiger isens temperatur. Det er det, vi mener, når vi siger, at varme overføres fra luft til is. Og inden for rammerne af denne model følger den første formulering af termodynamikkens anden lov logisk fra molekylernes adfærd.
Når et legeme bevæger sig en vis afstand under påvirkning af en bestemt kraft, arbejdes der, og forskellige former for energi udtrykker blot systemets evne til at producere et bestemt arbejde. Da varme, som afspejler molekylers kinetiske energi, er en form for energi, kan den også omdannes til arbejde. Men igen har vi at gøre med en rettet proces. Du kan konvertere arbejde til varme med 100 % effektivitet - du gør det hver gang du trykker på bremsepedalen i din bil: al den kinetiske energi fra din bils bevægelse plus den energi, du har brugt på at træde ned på pedalen gennem arbejdet med din fod og hydraulisk bremsesystem omdannes fuldstændigt til varme, der frigives under friktionen af klodserne på bremseskiverne. Den anden formulering af termodynamikkens anden lov siger, at den omvendte proces er umulig. Uanset hvor hårdt du prøver at omdanne al termisk energi til arbejde, er varmetab til miljøet uundgåeligt.
Det er let at illustrere den anden formulering i aktion. Forestil dig cylinderen i din bils forbrændingsmotor. Der sprøjtes en højoktan brændstofblanding ind i den, som komprimeres af stemplet til et højt tryk, hvorefter den antændes i et lille mellemrum mellem topstykket og et frit bevægeligt stempel, der er tæt monteret på cylindervæggene. Under den eksplosive forbrænding af blandingen frigives en betydelig mængde varme i form af varme og ekspanderende forbrændingsprodukter, hvis tryk presser stemplet ned. I en ideel verden kunne vi opnå en effektivitet på 100 % udnyttelse af den frigivne termiske energi, fuldstændig omdanne den til stemplets mekaniske arbejde.
I den virkelige verden vil ingen nogensinde samle en så ideel motor af to grunde. For det første opvarmes cylinderens vægge uundgåeligt som følge af forbrændingen af arbejdsblandingen, en del af varmen går tabt forgæves og fjernes gennem kølesystemet til miljøet. For det andet går en del af arbejdet uundgåeligt i at overvinde friktionskraften, som et resultat af, at cylindervæggene igen opvarmes - endnu et varmetab (selv med den bedste motorolie. For det tredje skal cylinderen vende tilbage til sin oprindelige kompression punkt, og dette arbejde også for at overvinde friktion med frigivelse af varme, brugt forgæves. Som et resultat har vi, hvad vi har, nemlig: de mest avancerede varmemotorer fungerer med en effektivitet på ikke mere end 50%.
Denne fortolkning af termodynamikkens anden lov er baseret på Carnot-princippet, som er opkaldt efter den franske militæringeniør Sadi Carnot. Den blev formuleret tidligere end andre og havde en enorm indflydelse på udviklingen af ingeniørteknologi i mange generationer fremover, selvom den er af anvendt karakter. Det får stor betydning fra synspunktet om moderne energi - den vigtigste gren af enhver national økonomi. I dag, stillet over for en mangel på brændstofressourcer, er menneskeheden ikke desto mindre tvunget til at affinde sig med det faktum, at effektiviteten af for eksempel termiske kraftværker, der opererer på kul eller brændselsolie, ikke overstiger 30-35% - dvs. to tredjedele af brændstoffet brændes forgæves, mere præcist bruges det til at opvarme atmosfæren - og det er i lyset af truslen om global opvarmning. Derfor er moderne termiske kraftværker nemme at genkende på deres kolossale tårne - køletårne - det er i dem, at vandet afkøler turbinerne i elektriske generatorer, og overskydende termisk energi frigives til miljøet. Og så lav effektivitet i brugen af ressourcer er ikke fejlen, men uheldet for moderne designingeniører: de presser allerede tæt på det maksimale af, hvad Carnot-cyklussen tillader. De, der hævder at have fundet en løsning, der giver dem mulighed for drastisk at reducere varmetabet af energi (for eksempel designet en evighedsmaskine), hævder derved, at de har overlistet termodynamikkens anden lov. De kan lige så godt hævde, at de ved, hvordan man sørger for, at isterningen i vasken ikke smelter ved stuetemperatur, men tværtimod køler endnu mere, samtidig med at luften opvarmes.
Den tredje formulering af termodynamikkens anden lov, normalt tilskrevet den østrigske fysiker Ludwig Boltzmann (se Boltzmanns konstant), er måske den bedst kendte. Entropi er et mål for uorden i et system. Jo højere entropien er, jo mere kaotisk er bevægelsen af de materialepartikler, der udgør systemet. Det lykkedes Boltzmann at udvikle en formel til en direkte matematisk beskrivelse af graden af orden i et system. Lad os se, hvordan det virker ved at bruge vand som eksempel. I flydende tilstand er vand en ret uordnet struktur, da molekylerne bevæger sig frit i forhold til hinanden, og deres rumlige orientering kan være vilkårlig. En anden ting er is - i den er vandmolekylerne ordnet, idet de indgår i krystalgitteret. Formuleringen af den anden lov i Boltzmanns termodynamik siger relativt set, at is, der er smeltet og forvandlet til vand (en proces ledsaget af et fald i graden af orden og en stigning i entropi), aldrig vil blive genfødt af vand af sig selv . Og igen ser vi et eksempel på et irreversibelt naturligt fysisk fænomen.
Det er vigtigt at forstå her, at vi ikke taler om det faktum, at termodynamikkens anden lov i denne formulering forkynder, at entropi ikke kan falde nogen steder og aldrig. Til sidst kan den smeltede is lægges tilbage i fryseren og genfryses. Pointen er, at entropien ikke kan falde i lukkede systemer – altså i systemer, der ikke modtager ekstern energiforsyning. Et fungerende køleskab er ikke et isoleret lukket system, da det er tilsluttet strømforsyningen og modtager energi udefra - i sidste ende fra de kraftværker, der producerer det. I dette tilfælde vil det lukkede system være et køleskab plus ledninger, plus en lokal transformatorstation plus et samlet strømforsyningsnetværk plus kraftværker. Og da stigningen i entropi på grund af tilfældig fordampning fra et kraftværks køletårne er mange gange større end faldet i entropi på grund af krystallisation af is i dit køleskab, bliver termodynamikkens anden lov på ingen måde overtrådt.
Og dette, tror jeg, fører til en anden formulering af den anden lov: Køleskabet virker ikke, hvis det ikke er tilsluttet. James Trefil, "Videnskabelig natur. Universets 200 love."
- · Clausius postulat: "Der er ingen proces, hvis eneste resultat ville være overførsel af varme fra en koldere krop til en varmere."(denne proces kaldes Clausius proces).
- · Thomson (Kelvin) postulat: "Der er ingen cirkulær proces, hvis eneste resultat ville være produktion af arbejde ved at afkøle varmereservoiret"(denne proces kaldes Thomson proces).
Ækvivalensen af disse formuleringer er let at vise. Antag faktisk, at Clausius' postulat er forkert, det vil sige, at der er en proces, hvis eneste resultat ville være overførsel af varme fra en koldere krop til en varmere. Så tager vi to kroppe med forskellige temperaturer (en varmelegeme og et køleskab) og udfører flere cyklusser af en termisk maskine, tager varme fra varmeren, giver den til køleskabet og udfører arbejde
Derefter bruger vi Clausius-processen og returnerer varmen fra køleskabet til varmeren. Som et resultat viser det sig, at vi kun udførte arbejdet på grund af fjernelse af varme fra varmeren, det vil sige, at Thomsons postulat også er forkert.
Antag på den anden side, at Thomsons postulat er forkert. Så kan du tage en del af varmen fra et koldere legeme og gøre det til mekanisk arbejde. Dette arbejde kan omdannes til varme, for eksempel ved hjælp af friktion, opvarmning af et varmere legeme. Derfor følger ukorrektheden af Clausius' postulat af ukorrektheden af Thomsons postulat.
Clausius og Thomsons postulater er således ækvivalente.
En anden formulering af termodynamikkens anden lov er baseret på begrebet entropi:
· "Entropien i et isoleret system kan ikke falde" (loven om ikke-aftagende entropi).
En sådan formulering er baseret på ideen om entropi som funktion af systemets tilstand, hvilket også skal postuleres.
Termodynamikkens anden lov i den aksiomatiske formulering af Rudolf Julius Clausius (R. J. Clausius, 1865) har følgende form:
For ethvert kvasi-ligevægt termodynamisk system er der en termodynamisk tilstandsfunktion med en enkelt værdi
kaldet entropi, sådan at dens totale differential
I en tilstand med maksimal entropi er makroskopiske irreversible processer (og varmeoverførselsprocessen altid irreversibel på grund af Clausius-postulatet) umulige.
Begrænsningerne for udledningen af formlen for entropi-differentialet givet af Clausius ligger i antagelsen om, at gassen er ideel, hvis egenskaber fører til eksistensen af en integrerende faktor. Denne mangel blev elimineret af Carathéodory i sit værk On the Foundations of Thermodynamics (1909). Carathéodory anså sættet af tilstande, der kunne opnås adiabatisk (dvs. uden varmeudveksling med miljøet). Ligningen, der beskriver et sådant sæt af disse tilstande i differentialform, er den Pfaffske form. Ved at bruge integrerbarhedsbetingelserne for pfaffiske former kendt fra analyse, nåede Carathéodory frem til følgende formulering af den anden lov:
· I nærheden af en hvilken som helst tilstand i systemet er der tilstande, som ikke er tilgængelige via den adiabatiske vej.
En sådan erklæring begrænser ikke systemer, der adlyder termodynamikkens anden lov, kun til ideelle gasser og legemer, der er i stand til at fuldføre en lukket cyklus, når de interagerer med dem. Den fysiske betydning af Carathéodorys aksiom gentager formuleringen af Clausius.
Den anden lov er relateret til begrebet entropi, som er et mål for kaos (eller et mål for orden). Termodynamikkens anden lov siger, at for universet som helhed stiger entropien.
Der er to klassiske definitioner af termodynamikkens anden lov:
Kelvin og Planck
Der er ingen cyklisk proces, der udvinder en mængde varme fra et reservoir ved en bestemt temperatur og fuldstændig omdanner denne varme til arbejde. (Det er umuligt at bygge en intermitterende maskine, der ikke gør andet end at løfte en byrde og afkøle et varmereservoir.)
· Clausius
Der er ingen proces, hvis eneste resultat er overførsel af varme fra en mindre opvarmet krop til en varmere. (En cirkulær proces er umulig, hvis eneste resultat ville være produktion af arbejde ved at afkøle det termiske reservoir)
Begge definitioner af termodynamikkens anden lov bygger på termodynamikkens første lov, som siger, at energien falder.
