VoxPopuli

Со статистической трактовкой энтропии связано появление еще одной её разновидности – «негэнтропии» (negative entropy). Впервые этот термин применил Больцман при статистической трактовке понятия энтропии. По Больцману, процесс передачи отрицательной энтропии от Солнца к Земле означает их перераспределение между ними с уменьшением энтропии Земли и её «упорядочиванием». Отсюда вывод: борьба биосистем за существование - борьба за негэнтропию, а не за сырье и свободную энергию. Э. Шредингер развил идеи о «поставке отрицательной энтропии с солнечным излучением» и о «высасывании» её организмами из окружающей среды». Трактовка энтропии как антипода понятий «организация», «упорядоченность» и «сложность» игнорирует отсутствие в термодинамике понятия отрицательной энтропии и потому искажает истинную связь этого понятия с необратимостью и диссипацией. В термодинамике энтропия является носителем тепловой формы движения, т.е. величиной, способной передаваться через границы системы в процессе теплообмена или массообмена между ней и окружающей средой. Это обстоятельство послужило основанием для введения в термодинамике неравновесных процессов понятия «потока энтропии», аналогичного потоку вещества, заряда и т.п. Говорить же о переносе через границы системы «вероятности состояния» бессмысленно. Рассмотрим самопроизвольный процесс смешения невзаимодействующих газов при постоянном объёме после удаления разделявшей их перегородки. Этот процесс не изменяет ни температуры, ни давления, ни состава системы в целом. Многокомпонентная термомеханическая система ещё до смешения находится в полном (термическом, механическом и химическом) равновесии, так что процесс смешения не может вызвать приближения её к равновесию ни по одной из располагаемых ею степеней свободы. Тем не менее процесс самопроизвольного перемешивания также соответствует приближению системы к более вероятному состоянию. Эта тенденция к перемешиванию возникает уже при числе молекул, равном или большем трёх при сколь угодно малом взаимодействии между ними, т.е. в условиях, когда совершенно неуместно говорить вообще о термодинамической системе. Поэтому достижение наиболее вероятного состояния ещё не является достаточным признаком термодинамического равновесия. Иными словами, равновесие и хаос - понятия различимые. Особое место в этом плане занимают метастабильные состояния, которые не соответствуют максимуму вероятности, однако являются разновидностью равновесных состояний. К тому же энтропия равновесного состояния не может быть изменена в отсутствие воздействия извне, в то время как статистическая энтропия предполагает наличие её флуктуаций.
...
Информация – характеристика степени зависимости некоторых переменных. Это предельно общая характеристика. Ее можно сравнить с корреляцией, но если корреляция характеризует лишь линейную связь переменных, информация характеризует любую связь. Тип связи может быть совершенно любым и, более того, неизвестным нам. Это не помешает рассчитать информацию, количественно сравнивать между собой разнотипные зависимости и т.д. Платой за общность является лишь невозможность, зная количество информации написать уравнение связи переменных (в отличие от того, как корреляция позволяет легко переходить к регрессии).
...
В соответствии со вторым законом термодинамики закрытые системы, т.е. системы лишённые возможности вещественно-энергетически-информационного обмена с внешней средой, стремятся, и с течением времени неизбежно приходят к естественному устойчивому равновесному внутреннему состоянию, что соответствует состоянию с максимальной энтропией. Закрытая система стремится к однородности своих элементов и к равномерности распределения энергии связей между ними. Т.е. в отсутствии информационного процесса материя самопроизвольно забывает накопленную информацию.
...
Энтропия системы – функция её макросостояний, поэтому она не тождественна термодинамической энтропии. Так, энтропия всегда неподвижно лежащего мяча, с которым не может ничего произойти, равна нулю, потому что для него существует только одно состояние. Но его термодинамическая энтропия, если газ внутри находится в равновесном состоянии, будет максимальной. Факт прекращения всякого развития в системе «мяч» характеризуется именно уменьшением уровня её энтропии до нуля, хотя сумма энтропии его молекул максимальна. Максимальна её термодинамическая энтропия, но она не характеризует систему, как единое целое. Поэтому можно сказать, что «тепловая смерть» - нулевая энтропия системы в целом. Это возможно и в том случае, если энтропия каждой молекулы равна нулю. Развитие системы прекращается, если её энтропия становится равной нулю, независимо от суммы энтропий составляющих её молекул, которая может быть и максимальной и минимальной. Таким образом, сейчас известно три основных варианта энтропий. В термодинамике - это функция состояния (Клаузиус) и мера беспорядка (Больцман). В теории информации – мера достоверности передаваемой по каналу связи информации (Шеннон). При этом энтропия Больцмана является мерой беспорядка, хаотичности, однородности молекулярных систем; энтропия Клаузиуса пропорциональна количеству связанной энергии, находящейся в системе, которую нельзя превратить в работу; энтропия Шеннона количественно характеризует достоверность передаваемого сигнала и используется для расчета количества информации.
...
На связь между энтропией и информацией задолго до Шеннона и Брюллюэна указал венгеронемецко англо-американский учёный Сциллард, который в 1929, анализируя парадокс «демон Максвелла», показал, что энтропия, теряемая газом за счет разделения молекул на медленные и быстрые, в точности равна информации, получаемой «демоном Максвелла». Сумма энтропии и информации в системе «газнаблюдатель» оказалась постоянной величиной, т.е. физическая характеристика оказалась мерой познания, в котором наблюдатель узнаёт о системе ровно столько, сколько она теряет. Познавая систему, он изменяет её, «нарушая» при этом второе начало термодинамики. Такое нарушение неизбежно, поскольку вмешательство наблюдателя, проводящего измерения в системе, нарушает её замкнутость, а, следовательно, исчезают условия, при которых справедлив закон возрастания энтропии.