Энтропия, ее виды и основные примеры

В словаре иностранных слов встречается следующее определение энтропии: энтропия [древнегреческое en в, внутрь +trope поворот, превращение] – 1) в физике – одна из величин, характеризующих тепловое состояние тела или системы тел; мера внутренней неупорядоченности системы; при всех процессах, происходящих в замкнутой системе, энтропия или возрастает (необратимые процессы) или остается постоянной (обратимые процессы); 2) в теории информации – мера неопределенности ситуации (случайной величины) с конечным или четным числом исходов, например, опыт, до проведения которого результат в точности неизвестен.

Понятие энтропии впервые было введено в науку Клаузиусом в 1865 г. как логическое развитие термодинамики Карно.

Но я характеризую это понятие как мера хаоса. По моему мнению, это самое оптимальная тема на данный момент потому, что она полностью связана с жизнью. Энтропия находится во всем. В природе, в человеке, в различных науках. Даже зарождение человека в утробе матери начинается с хаоса. Энтропию также можно связать с образованием планеты, так как до появления Бога на Земле все природные явления и все, что было на планете, находилось в высокой степени энтропии. Но по истечению семи дней, планета приобрела упорядоченный вид, то есть все встало на свои места.

Основываясь на моих выводах, я бы хотела подробнее разобрать это явление и так сказать снизить энтропии понимания этого явления.

Глава 1. Виды энтропии

Для начала, я бы хотела рассмотреть основные виды энтропии, для того чтобы, на основе этих видов разобрать примеры энтропии, которые напрямую связаны с нашей прошлой, настоящей и будущей жизнью.

Сегодня в литературе встречается, по меньшей мере, четыре формы энтропии:

Во-первых, энтропия как мера неопределенности состояния любой вполне упорядоченной физической системы, или поведения любой системы, включая, живые и неживые объекты и их функции. Именно эта форма энтропии, связанная с неопределенностью состояния системы, находит в последнее время наибольшее распространение при исследовании, как живых, так и неживых объектов и процессов.

Во-вторых, термодинамическая энтропия микрочастиц, или молекулярного (микроскопического) множества.

В-третьих, информационная энтропия, или неопределенность информации, т.е. сведений о некоторой информационной системе. Известно, что совпадение по виду формул для энтропии и информации послужило основанием для утверждения, что энтропия есть недостающая информация о состоянии системы. Было предложено использовать термин негэнтропия как тождественной связанной информации о состоянии системы. Негэнтропия не является отрицательной энтропией, или антиэнтропией, как иногда ошибочно считают некоторые ученые.

Разница масштабов энтропии и информации связана с их принципиальным различием, а именно: энтропия - это мера множества тех состояний системы, о пребывании в которых система должна забыть, а информация - это мера множества тех состояний, о пребывании в которых система должна помнить.

В-четвертых, энтропия, или неопределенность поведения, любой не вполне упорядоченной системы вплоть до макроскопических множеств.

Глава 2. Примеры энтропии

В первую очередь, я бы хотела рассмотреть самый простой пример, который касается всех нас. Это создание мира Богом. Как говорится в библии, Мир был как бездна, безводна, пуста и темна. Все в этом мире находилось в хаосе, то есть в увеличенной энтропии. В первый день своих деяний, Бог, как это нам уже известно, отделил свет от тьмы. И стал день, и стала ночь, и появились утро и вечер. Мера хаоса стала уменьшаться. На второй, разделил бездну на небо и землю. Все постепенно начало приходить на свои места. На третий день Бог отделил сушу от вод. И назвал он сушу землей, а собрание вод – морями, океанами, озерами и реками. И сказал Бог, чтобы из земли произрастали трава, деревья плодородные, в которых семя его на земле. И стало так. На четвертый Бог отделил дневное светило от ночного. И появились на небе луна и солнце. На пятый день появились рыбы и птицы. На шестой животные, земные гады и человек. По истечению семи дней энтропия перешла в 0. То энтропия из наибольшего состояния перешла в наименьшее.

Другим очевидным примером энтропии может являть информации и логическое мышление, которую поглощает человек. Логическое суждение человека не может осуществляться без подвода отрицательной энтропии. Чем человек меньше знает о каком-либо предмете, тем больше хаоса и неразберихи в его голове, но по мере того как информация нарастает и ее становится больше, тем больше человек начинает понимать и осознавать. И этот пример также приводит энтропию в нулевое состояние.

И еще одним наглядным примером можно рассмотреть питание человека. В каждом уголке страны люди различаются между собой национальностью, местом проживания и, конечно же, питанием. Если посмотреть средний уровень жизни людей в горах и на загрязненных улицах США, где всегда столпотворение людей и человеку нечем дышать, как только газами, то можно увидеть существенные отличия. Если в горах человек пьет чистую горную воду, в США воду, в которой достаточно бактерий, которые могут с лихвой заразить или даже убить человека, ну а в лучшем случае, неблагоприятно отразиться на здоровье человека. Также, если поставить рядом человека с гор и человека с США, то естественно найдутся очевидные отличия во внешности этих людей. Человек с гор намного моложе будет выглядеть и красивее.

Этот пример, также был показа известным ученым на крысах. Одни из которых, пили чистую ключевую воду, а другие пили алкоголь. И те, которые пили алкоголь, через некоторое время появились проблемы со здоровье. А те, которые пили чистую ключевую воду, были бодры, веселы, игривы и они никогда не подходили к алкоголю.

Еще один пример, связанный с энтропией уже из физики. Всем известно, что в жидкости частицы двигаются в хаотическом порядке, то есть точка энтропии на пределе. По мере того, как жидкое тело начинает замерзать, энтропия становится все меньше и меньше. Так как частицы начинают двигаться медленнее, и когда жидкость замерзает, энтропия равняется 0. Потому что между частицами образуются неразрывные связи.

По поводу энтропии примеры можно приводить и приводить, но я хочу ограничиться этими примерами.

Заключение

Физическая энтропия является мерой энергетической упорядоченности объекта и представляет собой функцию от числа их возможных состояний.

Любое повышение упорядоченности объектов ведет к снижению их совокупной энтропии, и наоборот.

Понимание физического смысла энтропии затруднено тем обстоятельством, что ее значение не может быть измерено никаким прибором, но зато вычисляется. Утверждение о существовании энтропии обычно относят ко второму закону термодинамики. Более чем 100-летний опыт использования понятия энтропии в термодинамике подтверждает правильность представления о ней как о физической величине, изменение которой (в равновесных процессах) однозначно связано с наличием обмена энергией в форме теплоты.

Известно, что абсолютное значение энтропии различных веществ, при различных температурах, можно определить на основе третьего закона термодинамики. Этот закон устанавливает также начало отсчета энтропии и тем самым позволяет вычислить абсолютное значение энтропии.

Таким образом, оказалось, что понятие энтропии является одним из фундаментальных свойств любых систем с вероятностным поведением. В теории информации энтропия как мера неопределенности исхода эксперимента была введена американским ученым К. Шенноном в 1949 г.

Понятие обобщенной энтропии представляет такие наиболее общие свойства действительности, как неупорядоченность и упорядоченность, неопределенность и определенность, хаос и порядок.

Всякое явление двойственно, и оно одновременно содержит в себе некоторую хаотическую, броуновскую составляющую и упорядоченную составляющую, как составляющую хаоса, так и порядка.

Список литературы

1. Прангишвили B.В. Системный подход и общесистемные закономерности, Синтег, М – 2000.

2. И.В. Прангишвили. Энтропийные и другие системные закономерности: Вопросы управления сложными системами. Наука, М –2003.

3. Словарь иностранных слов. М –1977.

4. "Энциклопедия Физики". Издательство "БСЭ". 1995.