Взгляд со стороны. Естествознание и религия

Вселенная, как адиабатически изолированная термодинамическая система, не обменивается с окружающей средой энергией в форме теплоты. Учитывая возраст Вселенной, согласно закону возрастания энтропии она должна прийти в состояние термодинамического равновесия, достигнув максимума энтропии. Но подобное явление в окружающей нас Вселенной не наблюдается.

Австрийский физик-теоретик Людвиг Больцман показал, что и в состоянии термодинамического равновесия могут наблюдаться флуктуации термодинамических параметров. Предположив, что наблюдаемая Вселенная является следствием такой флуктуации, снимаются противоречия парадокса тепловой смерти Вселенной.

Но, как отметил Ф. А. Цицин, «последовательное развитие идей Больцмана ведёт нас к весьма неожиданным следствиям. Так, связь между вероятностью состояния W системы и её энтропией S оказывается, вопреки стандартной трактовке знаменитой формулы Больцмана (S=k·lnW), не функциональной, а статистической; и сама эта формула строго справедлива лишь в полном пренебрежении флуктуациями! Далее, состояния термодинамического и статистического равновесия различаются не пренебрежимо мало (и тем более не тождественны), а макроскопически существенно (эффект равновесных флуктуаций)…»[80].

Согласно Стандартной космологической модели, момент образования Вселенной характеризовался бесконечной температурой и плотностью. Известно, что при бесконечной плотности энтропия как мера хаоса стремится к нулю, в то время как при бесконечной температуре она стремится к бесконечности. Второй закон термодинамики для начала образования Вселенной становится неопределённым.

По общепринятым в космологии воззрениям, наблюдаемая Вселенная в процессе её расширения после Большого взрыва постоянно охлаждается. Так как общее количество тепла в ней при этом уменьшается, согласно определению энтропии Клаузиуса, уменьшается и тепловая энтропия.

В некоторых локальных процессах закон возрастания тепловой энтропии также не соблюдается. Например, при расширении идеального газа при постоянной температуре с совершением работы или при ускорении с охлаждением потока газа в сужающейся трубе.

Если рассматривать полную энтропию, её трактовка, как меры беспорядка для отдельно взятого распределения полностью справедлива. Полная энтропия материальной системы с фиксированным числом переменных тем больше, чем меньше упорядочено описывающее её распределение, чем оно проще по форме. Для реальной системы это интегральная характеристика «ширины» всего множества распределений. Как в конкретном случае поведёт себя всё это множество, состоящее из постоянно изменяющегося разнообразия переменных и распределений по ним, определить невозможно. Из-за неимоверной сложности расчёта вычисление полной энтропии реальных систем на практике неосуществимо.

В процессе эволюции Вселенной множество переменных постоянно росло. Появление органической материи и социального мира образовало новое бесчисленное множество переменных и распределений по ним. Это говорит о том, что у закона возрастания полной энтропии отсутствует необходимая эмпирическая база и нельзя с абсолютной уверенностью утверждать, что этот закон является всеобщим и применим для всей Вселенной.

Независимо друг от друга, заявили вслух об ошибочности трактовки энтропии как меры беспорядка профессор Ю. П. Петров (1970), член Лондонского Королевского общества Кеннет Денби (1985) и кандидат физико-математических наук С. Д. Хайтун, автор материала, который мы частично использовали для демонстрации несоблюдения второго начала термодинамики[81].

Второе начало термодинамики – основа физической химии и техники. Но поскольку этот закон одновременно затрагивает как термодинамические, так и информационные процессы, применять его формально ко всем без исключения динамическим структурам не следует. Например, при биосинтезе веществ и фотосинтезе растений в живых организмах происходят процессы, невозможные с термодинамической точки зрения. Но здесь следует принимать во внимание, что любой живой организм – это открытая или, если говорить более точно, условно замкнутая система, которая постоянно обменивается энергией и информацией с внешней средой.

Энтропия может быть приложима и к биологическим системам, если предположить, что у них энергетический обмен позволяет обходить энтропийный термодинамический критерий. Это может быть объяснено механизмом так называемого энергетического сопряжения. Суть его в том, что возможная с точки зрения энтропийного критерия реакция сопрягается с реакцией термодинамически невозможной и даёт для неё энергию[82].