Знаменитая формула Больцмана показывает, что процессы, в которых энтропия уменьшается, не являются абсолютно невозможными, а второе начало термодинамики объясняется

Естественным переходом всякой изолированной системы от состояний мало вероятных к состояниям все более вероятным.

Объясняя смысл установленной Больцманом зависимости, ряд исследователей (Каменев А.С., 2002), указывает, что наиболее вероятное состояние любой системы – состояние равновесного хаоса, т.е. беспорядка, когда количество микросостояний её элементов очень велико или отсутствуют какие-либо различия между отдельными областями системы. Такое состояние характеризуется большим значением энтропии и, следовательно, отсутствием порядка в структуре.

Вместе с тем, современная трактовка понятия энтропии (в ее интерпретации по Больцману) на основе идей синергетики считает Вселенную такой суперсистемой, в которой при её практической бесконечности, могут в качестве больших флуктуаций происходить редкие и необратимые во времени процессы самоорганизации структур. В этом случае, в тех или иных частях Вселенной будут возникать локальные зоны уменьшения энтропии – очаги возникновения жизни.

Свой вклад в развитие термодинамики внес и Герман Гельмгольц. В 1882 он придал второму началу термодинамики форму, позволившую применить этот закон к изучению химических и биологических процессов и ввёл понятие свободной энергии и связанной энергии.

Согласно Гельмгольцу свободная энергия (ее также называют энергией Гельмгольца или Y-энергией) определяется через внутреннюю энергию U, энтропию S и температуру Т равенством:

Y = U - TS

При равновесных процессах, происходящих при постоянном объёме и температуре, убыль энергии Гельмгольца данной системы равна полной работе, производимой системой в этом процессе. В психологии обобщение понятия свободной энергии Гельмгольца позволяет оценить трудоемкость того или иного рабочего процесса по затраченной на это энергии или части психофизиологического ресурса организма.

В конце 19 века системные идеи в физике оставались еще предметом ожесточенных дискуссий. Больцман с сожалением замечал, что может говорить о своих идеях только с одним человеком - Гельмгольцем. Но прогресс науки закономерно приводил исследователей на рубеже двадцатого века к пересмотру самой сущности механизмов развития мира. В 1905 г. Альберт Эйнштейн создал специальную теорию относительности. Идеи Больцмана и Гельмгольца стремительно завоевывали популярность. В эти годы, благодаря работам выдающегося немецкого физика-теоретика Макса Планка (1858-1947), классическая термодинамика приобретает черты завершенной теории. Значительную часть научного творчества Планка составили работы, посвященные энтропии и второму началу термодинамики. Они, по существу, завершили построение термодинамической теории и открыли возможность распространения ее принципов и постулатов на природные процессы далеко выходящие за область явлений, рассматриваемых классической термодинамикой.

«Природа – пишет Планк – предпочитает более вероятные состояния менее вероятным и осуществляет переходы, направленные в сторону большей вероятности. С этой точки зрения второй закон термодинамики представляется как закон вероятности, энтропия – как мера величины вероятности, а возрастание энтропии сводится просто к тому, что за менее вероятными состояниями следуют более вероятные. Для закона вероятности характерно то, что он допускает также исключения, и установление таких исключений составляет важную теоретическую задачу».

Заметим, что все формы жизни, включая ее самые сложные психологические и социальные формы, являются, быть может, наиболее ярким примером таких исключений.

Общее в законах физики и

Психофизики

Но вот интересный факт, возвращающий нас из мира исследования физических систем к системам психологическим. Легко заметить почти полную идентичность психофизического закона формулам для численных измерений энтропии. Как видно из таблицы 1, они не только имеют одно и то же математическое выражение, но и появляются почти в одно и то же время, и даже имеют одни и те же буквенные обозначения, что само по себе, конечно, курьез.

Гораздо важнее увидеть за этим совпадением одно из первых в истории формальных подтверждений единства законов природы, проявляющих себя на самых разных уровнях ее организации. В психологии это совпадение, в частности, говорит о том, что наше восприятие соотнесено не с величиной действующего раздражителя, а мерой его упорядоченности в ряду других раздражителей.

Таблица 1

Сравнительно-историческая характеристика

Создания основных законов в

Психофизике и термодинамике

ПСИХОФИЗИКА	ТЕРМОДИНАМИКА
автор закона	вид закона	автор закона	вид закона
Э.Г.Вебер, 1834г. Лейпциг; Г. Фехнер, 1851г. Лейпциг	dS - изменение ощущения; с - постоянная модальности; dR изменение раздражения, впервые вызывающее новое ощущение; R - величина раздражения	Р.Клаузиус, 1860г. Цюрих	dS - изменение энтропии системы; dQ -изменение теплоты системы T - абсолютная температура системы
Г. Фехнер, 1860г. Лейпциг	S - величина Ощущения; С - постоянная интегрирования	Л.Больцман 1876г. Вена	S - энтропия системы W - вероятность состояния системы k - постоянная Больцмана

Тем не менее, факт одновременного рождения основных законов психофизики и термодинамики и почти полного совпадения их математических выражений остался, по сути, не оцененным ни физиками, ни психологами. Несмотря даже на то, что Фехнер, будучи физиком по специальности, вполне мог быть знаком с современными ему работами Клаузиуса и Больцмана, а Гельмгольц, не говоря уже о многолетнем сотрудничестве с основателем экспериментальной психологии Вильгельмом Вундтом, состоял переписке с большинством немецких физиков, психофизиков и психофизиологов второй половины 19 века, включая Фехнера и Больцмана.

Наступившая эпоха позитивистского разделения наук на несколько десятков лет ограничила сферу интересов психологии поиском ее собственных, фундаментальных внутренних закономерностей и развитием специального языка для их описания. В это время внимание большинства психологов было обращено на формирование особой парадигмы своей науки. В результате даже само понятие «энтропия» станет употребительным в психологии только много лет спустя, уже в начале второй половины 20 века, благодаря развитию теории информации и успешному применению ее методов в прикладных психологических исследованиях.

Нечто подобное происходило в начале 20 века и в физике. Выдвинутая М. Планком квантовая гипотеза и теория относительности Эйнштейна далеко выходили за пределы прежней, ньютоновской парадигмы и свидетельствовали о начале грандиозной научной революции. В этой связи классическая термодинамика казалась «завершенной дисциплиной». На повестке дня стояло формирование новой релятивистской парадигмы и исследование недоступного ранее мира микрочастиц.

Тем примечательнее, что даже в эпоху всеобщего расслоения науки наиболее дальновидные ее представители видели связь между системными критериями термодинамики и проблемами, стоящими перед науками о жизни. Один из них, Эрвин Шрёдингер (1887-1961), создатель квантовой механики и лауреат Нобелевской премии 1933 года, в своей книге «Что такое жизнь? » рассмотрел возможность описания и интерпретации процессов, происходящих в живых системах, включая психику человека, с позиции статистической термодинамики. Он показал, что на основе фундаментального понятия энтропии жизнь можно рассматривать как антиэнтропийный процесс. В результате этого процесса в отдельной части пространства явления, пребывающие в изначальном хаотическом состоянии, приобретают упорядоченность.

Для создания порядка живые системы используют, с одной стороны, частично упорядоченные фрагменты внешней среды, а с другой - воспроизводят во внешней среде порядок своей собственной структуры, воздействуя на внешние объекты подобно оттиску печати на воске. Вместе с тем, отмечает Шрёдингер, благодаря деятельности живых систем, в целом, энтропия внешней среды возрастает, что соответствует второму началу термодинамики.

⇐ Предыдущая 11 12 13 14 151617 18 19 20 Следующая ⇒