Второе начало термодинамики как основа самоорганизации открытых систем и понятие энтропии. Управление как антиэнтропийный процесс.

Система – это совокупность материальных объектов (тел), ограниченных каким-либо образом от окружающей среды.

В зависимости от характера взаимодействия с окружающей средой термодинамические системы делятся на три типа:

1) изолированная – система, которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией;

2) замкнутая – система, которая может обмениваться с окружающей средой лишь энергией и не может обмениваться веществом;

3) открытая – система, которая обменивается с окружающей средой энергией, веществом и информацией.

Живые организмы являются открытыми системами.

Наиболее важным понятием термодинамики стала Энтропия. С её помощью можно было вычислять направление потоков тепла. Оно определяется вторым началом термодинамики, которое записывается как ∆S ≥ 0, что означает, что энтропия не может уменьшаться. Тепло никогда не перейдёт от менее нагретого к более нагретому.

Используя понятие энтропии и неравенство Клаузиуса, второе начало термодинамики можно сформулировать как закон возрастания энтропии замкнутой системы при необратимых процессах: любой необратимый процесс в замкнутой системе происходит так, что энтропия системы при этом возрастает.

Можно дать более краткую формулировку второго начала термодинамики:

в процессах, происходящих в замкнутой системе, энтропия не убывает. Здесь существенно, что речь идет о замкнутых системах, так как в незамкнутых системах энтропия может вести себя любым образом (убывать, возрастать, оставаться постоянной). Кроме того, отметим еще раз, что энтропия остается постоянной в замкнутой системе только при обратимых процессах. При необратимых процессах в замкнутой системе энтропия всегда возрастает.

Понятие закрытой или изолированной системы представляет собой абстракцию, слишком упрощающую действительность, так как невозможно найти системы, не взаимодействующие с окружающей средой. Поэтому в новой термодинамике появилось понятие открытой системы, способной обмениваться с окружающей средой веществом, энергией и информацией.

Средство, при помощи которого организм поддерживает себя постоянно на достаточно высоком уровне упорядоченности (равно на достаточно низком уровне энтропии), в действительности состоит в непрерывном извлечении упорядоченности из окружающей среды.

Взаимодействуя со средой, система заимствует извне новое вещество и выводит в окружающую среду отработанную энергию. В результате эволюции система постоянно производит энтропию, характеризующую степень беспорядка в системе. Но, в отличие от закрытых систем, энтропия не накапливается в ней, а удаляется в окружающую среду. Использованная, отработанная энергия рассеивается в окружающей среде. Открытая система не может быть равновесной. С поступлением новой энергии неравновесность в системе возрастает. В конечном счете прежняя взаимосвязь между элементами системы, которая определяет ее структуру, разрушается. Между элементами системы возникают новые связи, которые приводят к изменению структуры. Так схематично можно представить процессы самоорганизации в открытых системах. Немецкий физик Г. Хакен, изучая процессы самоорганизации, назвал новое направление исследований синергетикой (в переводе с греческого: совместное действие или взаимодействие).

 

Кибернетика и теория информации исходят из представления об управлении как способе, снижения энтропии системы. Энтропия есть свойство системы, характеризующее меру ее упорядоченности, организации; чем ниже энтропия — тем выше уровень организации. Согласно законам термодинамики при отсутствии управления энтропия изолированной, закрытой системы повышается, система теряет структуризацию, упорядоченность, превращается в однородную массу, не обладающую энергетическим потенциалом. Управление в живой природе позволяет живым организмам снижать энтропию (увеличивать негэнтропию) и тем самым повышать свои энергетические, жизненные способности посредством организации жизненных процессов и противостояния смерти, распаду, превращению в прах. Есть все основания утверждать, что и управление экономикой по своей сути направлено на снижение энтропии экономических систем, внесение в них организации, упорядоченности, предотвращающих опасный рост энтропии, приводящий к снижению энергетических возможностей, подавлению источников развития, уменьшению степени разнообразия окружающего нас мира. Проще говоря, управление противодействует деструкции, деградации систем благодаря своему антиэнтропийному характеру, возможности уменьшать энтропию.