ВСЕОБЩЕЕ БЛАГО с точки зрения физики

В повседневной жизни мы считаем полезной ту работу, которая приносит пользу с нашей точки зрения. Но что значит польза, каждый понимает по-своему. Это зависит от целей и потребностей того, кто оценивает работу.

Впрочем, в механике такое определение вполне приемлемо. Если мы хотим оценить КПД двигателя, например, мы не заморачиваемся вопросами смысла и целесообразности. Всё очень просто: чем большее расстояние мы можем проехать на литре топлива, тем больше полезной работы совершил двигатель. А вот с пользой или без мы катаемся туда-сюда на машине – вопрос, не волнующий инженеров.

Но с точки зрения термодинамики полезная работа – это уже более объективное понятие, связанное с другим очень важным понятием – энтропией. А энтропия, как мы знаем, есть величина, обратная информации. Это я подвожу к тому, для чего я вообще пишу эту статью.

Чем больше мы углубляемся в физику, тем сложнее нам отвертеться от мировоззренческих вопросов. Если мы задаемся целью оценить энергоэффективность всей системы, то неизбежно должны ответить на вопрос о том, что есть «всеобщее благо», т.е. ОБЪЕКТИВНАЯ польза для системы, для природы в целом. И этот ответ должен согласовываться с физическими законами, объяснять наблюдаемые в природе явления, закономерность физических процессов, эволюцию жизни.

И как раз термодинамика пытается наиболее объективно определить, что такое полезная работа для системы в целом.

Термодинамика исходит из того, что процессы в системе происходят не для пользы кого-то конкретного, а САМОПРОИЗВОЛЬНО. Но эти самопроизвольные процессы имеют определенную НАПРАВЛЕННОСТЬ и ПРЕДЕЛ.

Направление и предел самопроизвольных процессов в термодинамике определяется функцией состояния

F = U - TS

где

• U – внутренняя энергия системы (величина постоянная)

• S – энтропия системы

• T – абсолютная температура

Когда в системе что-то происходит, мы говорим, что она переходит из состояния 1 в состояние 2. При этом меняется потенциал функции состояния:

∆F = F2-F1

Если ∆F < 0, то процесс протекает самопроизвольно.

Если ∆F = 0, то система находится в равновесии.

Если ∆F > 0, то процесс не может протекать самопроизвольно. Значит, он происходит под воздействием извне.

Но что означает переход системы из состояния 1 в состояние 2? Это значит, в ней произошел какой-то энергетический процесс, который привел либо к изменению энтропии, либо к изменению температуры (внутренняя энергия постоянна).

Процессы, которые не приводят к изменению энтропии, называются ОБРАТИМЫМИ. Если переход из состояния 1 в состояние 2 является обратимым процессом, то система выполняет МАКСИМАЛЬНУЮ РАБОТУ. Энергия, которая полностью превращается в работу, называется СВОБОДНОЙ ЭНЕРГИЕЙ.

Та часть внутренней энергии, которая не может быть превращена в работу, называется СВЯЗАННОЙ ЭНЕРГИЕЙ. По сути, это и есть энтропия – связанная (материализованная) энергия.

Чисто термодинамическими следует считать те процессы, которые не сопровождаются изменением энтропии. Это модель идеального газа, который мы все изучали в школе. Температура повысилась – газ расширился, совершил работу. Температура понизилась – объем вернулся в исходное состояние.

А вот процессы, которые сопровождаются изменением энтропии, это уже ИНФОРМАЦИОННЫЕ процессы. Но об этом чуть позже.

Теперь мы вплотную подошли к тому, чтобы выяснить, какая работа является ПОЛЕЗНОЙ с точки зрения термодинамики.

Не буду мучить формулами, приведу лишь определение:

Максимально полезной работой изотермического процесса называют величину, которая равна максимальной работе за вычетом работы против внешнего давления.

Т.е. полезной в физике признается лишь та работа, которая протекает САМОпроизвольно до достижения предела, т.е. равновесия (гармонии) с окружающей средой. Всякая работа, которая не является самопроизвольной, которая мешает естественному протеканию самопроизвольных процессов, является бесполезной и только снижает энергоэффективность системы.

Всё это означает, что информационные процессы:

1. Тесно связаны с материально-энергетическими процессами в системе.

2. Имеют направленность в сторону достижения гармоничного протекания самопроизвольных процессов.

Эти 2 пункта и способствуют эволюции, вершиной которой является состояние максимальной согласованности и информационной целостности системы. Причем, достичь такого состояния невозможно насильственным путем, т.к. согласно закону термодинамики это способствует лишь росту энтропии. Достижению этого состояния способствует лишь рост сознания и способности к самоорганизации.