Туча вверху, как отдельный мозг

[egovoru]

Второй закон термодинамики, сформулированный Больцманом в вероятностных терминах, кажется интуитивно-понятным: действительно, если одно макросостояние порождается малым числом микросостояний, а другое - их большим числом, то со временем наша система неизбежно перейдет от первого макросостояния ко второму, не так ли? Так-то оно так, но ведь та же

Comments

[evgeniirudnyi]

Кэрролл умалчивает одну вещь - в термодинамике, как классической, так и статистической, энергия аддитивна. То есть, силы гравитации в ней нет. Таким образом при переходе к космологии требовалось бы разработать новый формализм, но как раз непонятно, довели ли физики-космологи это дело до конца. Кэрролл про это даже не упоминает.

Также в его книги неправильно интерпретируется энтропия фотонов Солнца как необходимое условие для жизни. То есть, конечно, энергия Солнца необходима, но в его интерпретации все звучит по-другому.

[egovoru]

"в термодинамике, как классической, так и статистической, энергия аддитивна. То есть, силы гравитации в ней нет

[evgeniirudnyi]

Мы берем систему и делим ее пополам. В термодинамике при этом считается, что

E = E1 + E2

Это в свою очередь означает, что между подсистемами нет сил притяжения. Давайте возмьмем Солнечную систему и разобьем ее на две произвольные части, например, одна подсистема будет включать Солнце, а другая все остальные планеты. Что получится в приближении выше?

Таким образом в построениях Кэрролла это все меняет. Такое приближение не годится для космологии. Нет сил гравитации, нет космологии.

[egovoru]

По-Вашему получается, что термодинамика вообще не приложима к космологии. Но как же тогда, например, Стивен Хокинг рассчитал энтропию черной дыры?

[evgeniirudnyi]

В этом случае, кстати, использовалсь теория информации. А потом по аналогии было сказано, что раз уравнения похожи, то значит, это относится к термодинамике. Но "термодинамику" черных дыр нельзя применить к термодинамике вселенной, это не проходит в силу использованных положений. В "термодинамике" все было основано на том, что из черной дыры нельзя получить информацию.

[egovoru]

Помню, Ли Смолин в своей книжке про время предупреждал, что любые законы физики описывают только выделенную часть Вселенной и потому неприменимы к ней в целом. Самой мне, увы, сильно не хватает образования, чтобы проследить за всеми рассуждениями Кэрролла в этой его книжке, но рецензии профессионалов были довольно положительными. Вот, например, что пишет Andreas Albrecht в Physics Today

[evgeniirudnyi]

Да, имеется в виду эта часть про фотоны. В данном случае неправильным является вывод про связь этого соотношения с жизнью:

'как узнать, что увеличения энтропии во внешнем мире достаточно, чтобы отчитаться за низкую энтропию живых существ?'

И далее про низкую энтропию организма в духе Шрёдингера.

Можно сделать простой расчет - изменение энтропии излучения от пластины на орбите Земли. Изменение энтропии будет таким же без всякой жизни. То есть, для жизни нужна энергия Солнца, а изменение энтропии излучения происходит автоматически согласно уравнения термодинамики излучения и это изменение энтропии не связано с наличием живых организмом.

См. Низкоэнтропийная энергия Солнца и жизнь
http://blog.rudnyi.ru/ru/2024/01/nizkoentropiinaya-energiya-solntsa.html

[egovoru]

В своем посте Вы пишете:

"Сразу же отмечу правильность утверждений выше, связанных с более высокой энтропией исходящего излучения с Земли по сравнению с энтропией входящего излучения. Сомнение вызывает лишь непосредственная связь этого факта с жизнью на Земле".

Правильно ли я поняла, что Вы утверждаете, что любой (равновесный) процесс поглощения и испускания излучения увеличивает энтропию, независимо от того, участвуют в нем живые организмы или нет?

[evgeniirudnyi]

Именно. Все определяется температурой Солнца и температурой объекта.

В этом смысле можно поставить вопрос, насколько жизнь на Земле изменила температуру Земли. Но мой расчет уже дает температуру достаточно близкую к температуре Земле.

[egovoru]

A что это меняет? Кэрролл ведь не утверждает, что энтропия системы Солнце-Земля возрастает только усилиями обитающих на последней живых организмов?

[evgeniirudnyi]

Это меняет логику изложения в главе про жизнь (низкоэнтропийное состояние жизни), поскольку Кэрролл приписывает это изменение энтропии живому на Земле.

[egovoru]

Но ведь энтропия живого организма действительно ниже, чем энтропия набора составляющих его молекул в равномерно-перемешанном состоянии? И живой организм поддерживает свое низко-энтропийное состояние за счет повышения энтропии окружающей среды?

[evgeniirudnyi]

Здесь много разных вопросов, которые начинаются с того, что такое энтропия организма. Это сложно сказать, поскольку становится непонятно понятие фазы, большую роль играют поверхностные явления, непонятно как рассчитать энтропию растворов, если состояние клетки можно вообще назвать раствором. Также энтропия организма не сильно меняется после смерти. В морге энтропия несколько уменьшается в силу изменения температуры, но организация как таковая сохраняется. Только ведь это уже нельзя назвать живым

[egovoru]

"Здесь много разных вопросов, которые начинаются с того, что такое энтропия организма"

Да, подсчитать энтропию организма по больцмановской формуле непросто, потому что непонятно, что именно считать микросостояниями этой системы. Но классическая-то термодинамика к живому организму должна быть применима?

[evgeniirudnyi]

Уравнение Больцмана с интерпретацией W как число микросостояний применимо исключительно к идеальному газу. В этом проблема разговоров о хаосе и равномерно-перемешанного состояния. Все это относится исключительно к идеальному газу, а организм явно не является идеальным газом.

Другими словами, при обсуждении энтропии следует забыть эту формулировку. Если хочется обсуждать энтропию на уровне стат. термодинамики, то следует начать с ансамблей Гиббса, где W придается уже другое значение связанное с фазовым пространством всей системы. К сожалению, популяризаторы (тот же Кэрролл) не обращают на это внимание.

При разговоре про организм следует начать с того, что энтропия в термодинамике считается как сумма энтропий разных фаз. Ведь невозможно рассматривать организм как одну фазу. Одна из проблем на этом пути, как я уже написал, поверхностая энергия, непонятно как разделить клетку на фазы.

[egovoru]

"популяризаторы (тот же Кэрролл) не обращают на это внимание"

Мне показалось, Кэрролл вполне отдает себе отчет в этих трудностях. Тем не менее, тот факт, что жизнь не является нарушением второго закона термодинамики, вроде бы довольно очевиден, даже если мы не можем точно подсчитать увеличение энтропии в системе организм-среда?