Закон природы

[ivanov_petrov]

Закон - то, что выполняется всегда. Понятие идет из юриспруденции, из формальной логики - это дедуктивная вещь, не может быть, чтобы закон был с исключениями или какими-то прочими погрешностями. Закон есть закон. Это понятие очень давно проникло в науку. Наука имеет дело с эмпирическими данными, для них есть другие понятия - скажем, вероятность или

Comments

[vida_louca]

Вы уже всё сказали. Что добавить ещё? Разве что - конкретики, подтверждающей Ваши слова.

Вот известный нам со школы закон (правило) Ньютона. С использованием которого было построено огромное здание классической механики. А вот Ландау, который в конце своей жизни засомневался в ЛОКАЛЬНОСТИ действующих сил и, соответственно, в справедливости этого закона.

Вот законы сохранения энергии, импульса и момента импульса. Которые вызваны свойствами симметрии окружающего нас пространства. Которые казались настолько незыблемыми, что Парижская академия наук отказалась принимать проекты, связанные с созданием "вечного двигателя". А пришёл Эйнштейн, и всё испортил изменилось: в искривлённом гравитацией пространстве энергия и импульс уже не сохраняются по-отдельности. Со временем будет ещё хуже: на самом деле может оказаться, что пространство вокруг нас уже не Риманово, а Финслерово, и сохраняется в нём ДЕЙСТВИЕ, которое по размерности является моментом импульса.

Даже казалось бы незыблемая атомистическая концепция состояния материи была вынуждена дополниться понятием непрерывного, заданного в каждой точке пространства, классического поля. И это со временем пройдёт. Станет ясно, что и то, и другое состоит из элементов (квантов) пространства, которые опять таки являются ДЕЙСТВИЕМ, известным нам как постоянная Планка.

Осмелюсь сказать, что в любимой всеми науке биологии основным принципом существования и развития живых существ со временем станет принцип неравновесной термодинамики, который недостаточно полно сформулировал Пригожин - принцип минимума производства энтропии (в диссипативных структурах). Который следует добавить принципом МАКСИМАЛЬНОГО ПОТОКА ДЕЙСТВИЯ, возникающего в неравновесных
условиях. А его заявленный принцип - переформулировать как принцип наименьших "потерь" действия на нагрев окружающей среды.

Собственно, все наши "беды" - от диалектики. Меняется окружающий мир, меняемся мы с вами и наше знание о нём.

[ivanov_petrov]

да, о переформулировании биологии на язык неравновесной термодинамики я слышал в 80-е. Потом как-то заглохло.

[vida_louca]

Неудивительно, что заглохло. Принцип минимума производства энтропии Пригожина явно оказался недостаточным (недоформулированным). Сей принцип казался очень приблизительным, так как относился только к стационарным потокам, а его доказательство самим Пригожиным основывалось на соотношениях Онзагера с ПОСТОЯННЫМИ коэффициентами. Теперь выше предлагается нечто НОВОЕ, основанное на экспериментах академика Алексеенко (и не только), который на днях участвовал в своём награждении премией "Глобальная энергия". Правда, сам он ещё не подозревает о такой формулировке :-). Ну и статистическая физика, основанная на классической механике, так и не преодолела "барьер" эргодической гипотезы, чтобы поучаствовать в описании неравновесной термодинамики.

Вот Вам свежий пример Нобелевской премии по медицине. Связанный со "спусканием с цепи" Т-лимфоцитов. У которых лауреаты заблокировали СДЕРЖИВАЮЩИЕ датчики. Но АКТИВНЫЕ остались, готовые убивать и больные, и здоровые клетки. А обычная жизнь биологических систем строится на РАВНОВЕСИИ между разнонаправленным поведением. Как в том принципе, который описан в комментарии выше. Там ПОТОК ДЕЙСТВИЯ не может увеличиваться, если это увеличение приведёт к таким же или большим ПОТЕРЯМ ДЕЙСТВИЯ на нагрев системы за счёт трения. Равновесие становится ВЫНУЖДЕННЫМ.

[evgeniirudnyi]

Сейчас на глаза попалась статья шведского химика Erkki Brändas про Correlated Dissipative Ensemble, который:

"entreats dissipative dynamics; non-Hermitian quantum mechanics together with modern quantum statistics thereby establish a precise spatio-temporal order of significance for living systems. The CDE grants a unitary transformation structure that comprises communication protocols of embedded Poisson statistics for molecular recognition and cellular differentiation, providing cell-hierarchies in the organism. The present conception of evolution, founded on communication with a built-in self-referential order, offers a valid argument in favour of Neo-Darwinism"

[vida_louca]

Да, спасибо. Думаю, именно в этом направлении "Correlated Dissipative Ensemble" нужно двигаться. Вот только слово "Dissipative" мне сильно не нравится. Здесь дело совсем не в диссипации, если она связана с трением или переходом в тепло. Я бы назвал всё это несколько иначе: "Correlated Dynamic Streams". А конкретные детали исследования могут отличаться друг от друга.

[evgeniirudnyi]

Минимум производства энтропии относится к стационарному состоянию. При обсуждении диссипативных систем многие пишут про максимум производства энтропии (в том числе нечто в этом духе можно найти у Пригожина). См. principle of Maximum Entropy Production.

[vida_louca]

Поиск в Google сразу дал ссылку на Ваш пост от 5.01.14, где Вы полны сомнения в том, как понимать принцип максимума производства энтропии и где взять соответствующие примеры из жизни. Я тоже не могу сказать ничего хорошего о таком принципе. Даже пригожинский принцип наименьшего производства энтропии мне не нравится, но приходится его терпеть, так как его удалось ПЕРЕФОРМУЛИРОВАТЬ. Более того, скажу Вам по секрету, я могу с большим трудом читать книжки Пригожина (и его последователей). Ну, не "переваривается" у меня их содержание. Приходится думать своей головой. Тот принцип, о котором идёт речь, приведён в комментарии выше в моей собственной формулировке. И поверьте, он взят не "с потолка", а потребовал "привязки" к себе многих известных экспериментальных данных, прежде всего из близкой мне гидродинамики.

То, что пригожинский принцип наименьшего производства энтропии относится им к стационарному состоянию совсем не удивительно. Не зря он доказывался им из соотношений Онзагера с ПОСТОЯННЫМИ коэффициентами.

А новый принцип работает в ЛЮБЫХ неравновесных условиях. Вот представьте себе мощный лазерный луч (пусть его один импульс), падающий на металлическую поверхность. (Привет свжеиспеченным Нобелевским лауреатам!) Электроны частично его поглотят, частично рассеют. И сами окажутся в неравновесном состоянии по отношению к кристаллической решетке и более далёким электронам. Что будет дальше происходить? Элементы (кванты) действия (в виде произведение энергии на время или импульса на характерный размер) будут передаваться соседям максимально возможным способом. В твёрдом теле возможно только поступательное движение атомов и никаких "диссипативных" структур образовываться не будет. Кванты действия будут расходоваться на собственный локальный нагрев и передачу куда подальше за счёт обычной теплопроводности. А вот когда локальный нагрев приведёт к фазовому переходу - плавлению, то уже в жидкости эти структуры будут образовываться ОБЯЗАТЕЛЬНО, поскольку конвективный перенос тепла гораздо более эффективен, чем за счёт теплопроводности. КАКИЕ структуры будут образованы, СКОЛЬКО их - я Вам сказать НЕ МОГУ. Это будет связано с решением некой ВАРИАЦИОННОЙ задачи. Но одно сказать можно: появление слишком большого количества структур НЕ ВЫГОДНО, ибо приведёт к замедлению потока действия из-за неизбежного трения жидкости (газа) в таких структурах.

[evgeniirudnyi]

Как всегда есть горячие головы, которые готовы использовать новый принцип во всех случаях жизни. Отсюда были мои сомнения.

Однако при прочтении нескольких работ я подумал, что в этом в принципе что-то есть. Пригожин в одной из работ пишет, что возможно будет наблюдаться максимум производства энтропии. В конечном итоге мы ищем аттракторы и вполне возможно, что некоторые из них соотвествуют локальному максимуму производства энтропии. Я должен признаться, что я не стал вникать в математику, но вот эта статья произвела неплохое впечатление

Martyushev, Leonid M., and Vladimir D. Seleznev. "Maximum entropy production principle in physics, chemistry and biology." Physics reports 426, no. 1 (2006): 1-45.

и она привела к мысли, что в этом может быть что-то есть. Не то, про что говорят горячие головы, но вполне возможно, что в этом есть толика разумного.

[vida_louca]

Вот ещё пример: сварка трением. Например, не так давно так сваривали орудийные стволы для танков в Южной Корее. Вопрос: куда пойдёт коллективное движение огромного количества молекул? Ответ: на нагрев трением. То есть, почти вся имеющаяся энергия пойдёт на производство энтропии. И скорость её производства будет максимальной. Так как куда деваться вовлечённым в процесс атомам и молекулам. Они все в этом участвуют, как могут.

Может показаться, что это пример максимума производства энтропии. А на самом деле - это максимум потока (превращения) действия в тепло.

[evgeniirudnyi]

Конечно. Именно это заставляет относиться к этому принципу с подозрением, поскольку максимальное производство энтропии будет достигнуто при сжигание.

Тем не менее, вполне возможно, что аттрактару соотвествует локальный максимум производства энтропии. То есть, в данном случае мы говорим не о глобальном максимуме, а только о локальном. В этом случае может быть что-то и получится.

[lipkalapka]

Господа, вы, конечно, простите, возможно я заблуждаюсь, но такое ощущение, что на статфизику вы не ходили. Конечно, классическая термодинамика в таких случаях не работает, ибо «квазистационарна», и микросостояние системы описать не может - слов у нее таких нет. В крайне разнородных условиях могут возникать «артефакты», которые могут вызывать шок - вроде «сотовой» структуры при одностороннем нагреве вязкой жидкости. Или притяжения двух рядом расположенных металлических пластинок. Но на деле это все отлично описывается классически, с помощью «всех этих ваших» гамильтонианов и лагранжианов, пока мы не доходим до наномира.

[vida_louca]

Да ходили мы и слушали внимательно. Только лучше бы мы этого не делали. Теперь статфизика не даёт нам по-новому взглянуть на окружающий мир. Все эти микросостояния основаны на рассмотрении одиночных частиц, а вокруг полно когерентных - коллективных состояний. Вызывающих нелокальность по пространству и во времени и затруднения в написании гамильтониана. Вот почему статфизика относительно хорошо описывает поведение газов (особенно разреженных), даже твёрдых тел, в которых удалось рассмотреть квазичастицы - фононы и описывать их как газ. А вот в жидкости существуют проблемы, там взаимодействия оказались сильно нелокальными. Поэтому и пишем, смущаем добрых людей, которым кажется, что всё вокруг в порядке за исключением наномира. А там нам тоже говорят, что нет ничего лучше квантовой механики и уравнения Шрёдингера для волновой функции. А мы сильно сомневаемся в реальном существовании энергетических уровней и связанных с ними собственных значений эти самых функций. Во всём сомневаемся. А нам говорят: "Вы здесь не в церкви, вас не обманут..."

[lipkalapka]

Проблема (кмк) в том, что считать сложные системы «точно» сейчас просто не хватает «мощей». У меня у самого по физике были, по сути дела, расчетные работы - ну обсчитали мы, допустим, дифенил, но это максимум, что получается сделать более-менее точно. А как переходим, например, к процессам сальвации - приходится использовать такие приближения, что точность - плюс-минус километр. При этом часть эффектов просто теряется.
Вот и получается, что часть точек экстремума у нас теоретически предсказана, возможно даже экспериментально подтверждается, а остальное мы «заполняем» некой более-менее гладкой функцией, и считаем, что так оно и есть на самом деле.

А так - в общем-то любая система сама по себе будет «катиться» по нормали в неком «энергетическом» пространстве. Проблема в том, сколько степеней свободы у нас, что там у нас в моли - примерно 10 в 23 молекул? Вот столькомерное пространство у нас и есть.