> A doua lege a termodinamicii

Formulare a doua lege a termodinamicii în cuvinte simple: proces de transfer de căldură, entropie și temperatură, legătură cu prima lege a termodinamicii, formulă.

Conform celei de-a doua legi a termodinamicii, transferul de căldură are loc spontan de la temperaturi mai mari la cele mai scăzute.

Obiectiv de învățare

• Comparați ireversibilitatea dintre prima și a doua lege a termodinamicii.

Puncte principale

• Multe fenomene presupuse în prima lege nu apar în realitate.
• Majoritatea proceselor apar spontan într-o singură direcție. A doua lege este legată de direcție.
• Nu există nicio modalitate de a transporta căldura de la un corp rece la unul cald.

Termeni

• Entropia este o măsură a distribuției de energie uniformă într-un sistem.
• Prima lege a termodinamicii este conservarea energiei în sistemele termodinamice (ΔU = Q - W).

Ireversibilitate

Să studiem formularea celei de-a doua legi a termodinamicii în cuvinte simple. A doua lege a termodinamicii este asociată cu direcția legată de procesele spontane. Cele mai multe dintre ele apar spontan și exclusiv într-o singură direcție (sunt ireversibile). Ireversibilitatea se găsește adesea în viața de zi cu zi (o vază spartă). Un astfel de proces se bazează pe o cale. Dacă merge doar într-o direcție, atunci nu poți întoarce totul înapoi.

De exemplu, transferul de căldură are loc de la un corp mai fierbinte la unul mai rece. Un corp rece în contact cu unul fierbinte nu își va scădea niciodată temperatura. Mai mult, energia cinetică poate deveni termică, dar nu invers. Acest lucru poate fi luat în considerare și folosind exemplul expansiunii unui puf de gaz introdus în colțul unei camere cu vid. Gazul se dilată, încercând să umple spațiul, dar nu va rămâne niciodată exclusiv în colț.

(a) – Transferul de căldură are loc spontan de la cald la rece și nu invers. (b) – Frânele mașinilor transformă energia cinetică în transfer de căldură. (c) – Un fulger de gaz lansat într-o cameră cu vid se extinde rapid pentru a umple uniform întreg spațiul. Mișcarea aleatorie a moleculelor nu le va determina niciodată să se concentreze într-un singur colț

A doua lege a termodinamicii

Dacă există procese care nu pot fi inversate, atunci există o lege care interzice acest lucru. Interesant este că prima lege permite acest lucru, dar niciun proces nu încalcă conservarea energiei. Legea principală este a doua. Dezvăluie idei despre natură și unele afirmații afectează radical multe probleme importante.

Conform celei de-a doua legi a termodinamicii, transferul de căldură are loc spontan de la corpurile cu temperaturi mai ridicate la cele mai joase. Dar niciodată invers.

Legea mai spune că niciun proces nu poate avea ca rezultat transferul de căldură de la un corp rece la unul cald.

Există mai multe formulări ale celei de-a doua legi a termodinamicii, autorii cărora sunt fizicianul, mecanicul și matematicianul german Rudolf Clausius și fizicianul și mecanicul britanic William Thomson, Lord Kelvin. În exterior, ele diferă, dar esența lor este aceeași.

postulatul lui Clausius

Rudolf Julius Emmanuel Clausius

A doua lege a termodinamicii, ca și prima, a fost, de asemenea, derivată experimental. Autorul primei formulări a celei de-a doua legi a termodinamicii este fizicianul, mecanicul și matematicianul german Rudolf Clausius.

« Căldura nu se poate transfera de la un corp rece la un corp fierbinte. " Această afirmație, pe care Clasius a numit-o „ axioma termică”, a fost formulată în 1850 în lucrarea „Despre forța motrice a căldurii și despre legile care pot fi obținute de aici pentru teoria căldurii”.„Desigur, căldura este transferată doar de la un corp cu o temperatură mai mare la un corp cu o temperatură mai scăzută. ÎN sens invers transferul spontan de căldură este imposibil.” Acesta este sensul postulatul lui Clausius , care definește esența celei de-a doua legi a termodinamicii.

Procese reversibile și ireversibile

Prima lege a termodinamicii arată relația cantitativă dintre căldura primită de sistem, modificarea energiei sale interne și munca efectuată de sistem asupra corpurilor externe. Dar el nu ia în considerare direcția transferului de căldură. Și se poate presupune că căldura poate fi transferată atât de la un corp fierbinte la unul rece și invers. Între timp, în realitate nu este așa. Dacă două corpuri sunt în contact, atunci căldura este întotdeauna transferată de la corpul mai încălzit la cel mai puțin încălzit. În plus, acest proces are loc de la sine. În acest caz, nu au loc modificări în corpurile externe din jurul corpurilor de contact. Un astfel de proces care are loc fără a efectua lucrări din exterior (fără intervenția forțelor externe) se numește spontan . S-ar putea să fie reversibilŞi ireversibil.

Răcindu-se spontan, un corp fierbinte își transferă căldura către corpurile mai reci din jurul lui. Și un corp rece nu va deveni niciodată fierbinte în mod natural. În acest caz, sistemul termodinamic nu poate reveni la starea inițială. Acest proces se numește ireversibil . Procesele ireversibile apar doar într-o singură direcție. Aproape toate procesele spontane din natură sunt ireversibile, la fel cum timpul este ireversibil.

Reversibil este un proces termodinamic în care un sistem trece de la o stare la alta, dar se poate întoarce la starea inițială trecând prin stări intermediare de echilibru în ordine inversă. În acest caz, toți parametrii sistemului sunt restabiliți la starea lor inițială. Procesele reversibile produc cea mai mare muncă. Cu toate acestea, în realitate, ele nu pot fi realizate, ele pot fi doar abordate, deoarece ele procedează infinit de încet. În practică, un astfel de proces constă din stări de echilibru succesive continue și se numește cvasistatic. Toate procesele cvasi-statice sunt reversibile.

postulatul lui Thomson (Kelvin).

William Thomson, Lord Kelvin

Cea mai importantă sarcină a termodinamicii este de a obține cea mai mare cantitate de muncă folosind căldură. Munca este ușor transformată în căldură complet fără nicio compensație, de exemplu, prin frecare. Dar procesul invers de transformare a căldurii în muncă nu are loc complet și este imposibil fără a obține energie suplimentară din exterior.

Trebuie spus că transferul de căldură de la un corp mai rece la unul mai cald este posibil. Acest proces are loc, de exemplu, în frigiderul nostru de acasă. Dar nu poate fi spontan. Pentru ca acesta sa curga este necesar sa ai un compresor care sa distila un astfel de aer. Adică, pentru procesul invers (răcire) este necesară o alimentare externă cu energie. " Este imposibil să transferați căldură de la un corp cu o temperatură mai scăzută fără compensare ».

În 1851, o altă formulare a celei de-a doua legi a fost dată de fizicianul și mecanicul britanic William Thomson, Lord Kelvin. Postulatul lui Thomson (Kelvin) afirmă: „Un proces circular este imposibil, al cărui singur rezultat ar fi producerea de muncă prin răcirea rezervorului de căldură” . Adică, este imposibil să se creeze un motor care funcționează ciclic, a cărui acțiune ar produce un lucru pozitiv datorită interacțiunii sale cu o singură sursă de căldură. La urma urmei, dacă acest lucru ar fi posibil, un motor termic ar putea funcționa folosind, de exemplu, energia Oceanului Mondial și transformând-o complet în lucru mecanic. Ca urmare, oceanul s-ar răci din cauza scăderii energiei. Dar de îndată ce temperatura sa a fost mai mică decât temperatura ambiantă, ar trebui să aibă loc un proces de transfer spontan de căldură de la un corp mai rece la unul mai fierbinte. Dar un astfel de proces este imposibil. In consecinta, pentru ca un motor termic sa functioneze, sunt necesare cel putin doua surse de caldura, avand temperaturi diferite.

Mașină cu mișcare perpetuă de al doilea fel

În motoarele termice, căldura este transformată în muncă utilă numai la trecerea de la un corp încălzit la unul rece. Pentru ca un astfel de motor să funcționeze, în el se creează o diferență de temperatură între transmițătorul de căldură (încălzitor) și radiatorul (frigider). Încălzitorul transferă căldură fluidului de lucru (de exemplu, gaz). Fluidul de lucru se extinde și funcționează. Cu toate acestea, nu toată căldura este transformată în muncă. O parte din ea este transferată în frigider, iar altele, de exemplu, pur și simplu intră în atmosferă. Apoi, pentru a readuce parametrii fluidului de lucru la valorile inițiale și pentru a începe ciclul din nou, fluidul de lucru trebuie încălzit, adică căldura trebuie îndepărtată din frigider și transferată la încălzitor. Aceasta înseamnă că căldura trebuie transferată de la un corp rece la unul mai cald. Și dacă acest proces ar putea fi efectuat fără a furniza energie din exterior, am obține o mașină cu mișcare perpetuă de al doilea fel. Dar, deoarece, conform celei de-a doua legi a termodinamicii, acest lucru este imposibil de făcut, este imposibil să se creeze o mașină cu mișcare perpetuă de al doilea fel, care să transforme complet căldura în muncă.

Formulări echivalente ale celei de-a doua legi a termodinamicii:

1. Un proces este imposibil, al cărui singur rezultat este conversia întregii cantități de căldură primită de sistem în lucru.
2. Este imposibil să creezi o mașină cu mișcare perpetuă de al doilea fel.

principiul lui Carnot

Nicolas Leonard Sadi Carnot

Dar dacă este imposibil să se creeze o mașină cu mișcare perpetuă, atunci este posibil să se organizeze ciclul de funcționare al unui motor termic în așa fel încât eficiența (factorul de eficiență) să fie maximă.

În 1824, cu mult înainte ca Clausius și Thomson să-și formuleze postulatele care defineau cea de-a doua lege a termodinamicii, fizicianul și matematicianul francez Nicolas Leonard Sadi Carnot și-a publicat lucrarea „Reflecții asupra forței motrice a focului și asupra mașinilor capabile să dezvolte această forță”. În termodinamică este considerat fundamental. Omul de știință a analizat motoarele cu abur care existau în acel moment, a căror eficiență era de numai 2% și a descris funcționarea unui motor termic ideal.

Într-un motor cu apă, apa funcționează prin căderea de la înălțime. Prin analogie, Carnot a sugerat că căldura poate lucra și trecând de la un corp fierbinte la unul mai rece. Aceasta înseamnă că pentru a Motorul termic functiona, trebuie sa aiba 2 surse de caldura avand temperaturi diferite. Această afirmație se numește principiul lui Carnot . Și a fost numit ciclul de funcționare al motorului termic creat de om de știință Ciclul Carnot .

Carnot a venit cu un motor termic ideal care ar putea funcționa cea mai bună muncă posibilă datorită căldurii furnizate acestuia.

Motorul termic descris de Carnot constă dintr-un încălzitor având o temperatură T N , fluid de lucru si frigider cu temperatura T X .

Ciclul Carnot este un proces circular reversibil și include 4 etape - 2 izoterme și 2 adiabatice.

Prima etapă A→B este izotermă. Are loc la aceeași temperatură a încălzitorului și a fluidului de lucru T N . În timpul contactului cantitatea de căldură Q H transferat de la încălzitor la fluidul de lucru (gaz în cilindru). Gazul se extinde izotermic și efectuează lucrări mecanice.

Pentru ca procesul să fie ciclic (continuu), gazul trebuie să fie readus la parametrii inițiali.

La a doua etapă a ciclului B→C, fluidul de lucru și încălzitorul sunt separate. Gazul continuă să se extindă adiabatic fără a face schimb de căldură cu mediul. În același timp, temperatura acestuia scade la temperatura frigiderului T X și continuă să lucreze.

La a treia etapă B→G fluidul de lucru, având o temperatură T X , este în contact cu frigiderul. Sub influenta forță externă este comprimat izotermic și degajă căldură în cantitate Q X frigider. Se lucrează la el.

La a patra etapă G→A, fluidul de lucru va fi separat de frigider. Sub influența unei forțe externe, este comprimat adiabatic. Se lucrează la el. Temperatura acestuia devine egală cu temperatura încălzitorului T N .

Fluidul de lucru revine la starea inițială. Procesul circular se încheie. Începe un nou ciclu.

Eficiența unei mașini de caroserie care funcționează conform ciclului Carnot este egală cu:

Eficiența unei astfel de mașini nu depinde de designul său. Depinde doar de diferența de temperatură dintre încălzitor și frigider. Și dacă temperatura frigiderului este zero absolut, atunci eficiența va fi de 100%. Până acum nimeni nu a reușit să vină cu ceva mai bun.

Din păcate, în practică este imposibil să construiești o astfel de mașină. Procesele termodinamice reale reversibile se pot apropia de cele ideale doar cu diferite grade de precizie. În plus, într-un motor termic adevărat vor exista întotdeauna pierderi de căldură. Prin urmare, eficiența acestuia va fi mai mică decât cea a unui motor termic ideal care funcționează conform ciclului Carnot.

Pe baza ciclului Carnot au fost construite diverse dispozitive tehnice.

Dacă ciclul Carnot este efectuat invers, obțineți o mașină frigorifică. La urma urmei, fluidul de lucru va prelua mai întâi căldură din frigider, apoi va transforma munca petrecută pentru crearea ciclului în căldură și apoi va da această căldură încălzitorului. Frigiderele funcționează pe acest principiu.

Ciclul Carnot invers este, de asemenea, baza pompelor de căldură. Astfel de pompe transferă energie de la surse cu o temperatură scăzută către un consumator cu o temperatură mai ridicată. Dar, spre deosebire de un frigider, în care căldura extrasă este eliberată în mediu, într-o pompă de căldură aceasta este transferată către consumator.

• · postulatul lui Clausius: „Un proces este imposibil, al cărui singur rezultat ar fi transferul de căldură de la un corp mai rece la unul mai fierbinte”(acest proces se numește Procesul Clausius).
• · postulatul lui Thomson (Kelvin).: „Un proces circular este imposibil, al cărui singur rezultat ar fi producerea de lucru prin răcirea rezervorului termic”(acest proces se numește procesul Thomson).

Echivalența acestor formulări este ușor de arătat. De fapt, să presupunem că postulatul Clausius este incorect, adică există un proces al cărui singur rezultat ar fi transferul de căldură de la un corp mai rece la unul mai fierbinte. Apoi să luăm două corpuri cu temperaturi diferite (încălzitor și frigider) și să rulăm mai multe cicluri ale motorului termic, luând căldură de la încălzitor, dându-l frigiderului și lucrând.

După aceasta, vom folosi procesul Clausius și vom întoarce căldura de la frigider la încălzitor. Ca urmare, se dovedește că am lucrat numai prin eliminarea căldurii din încălzitor, adică postulatul lui Thomson este, de asemenea, incorect.

Pe de altă parte, să presupunem că postulatul lui Thomson este fals. Apoi puteți elimina o parte din căldură de la corpul mai rece și o puteți transforma în lucru mecanic. Acest lucru poate fi transformat în căldură, de exemplu, prin frecare, încălzirea unui corp mai fierbinte. Aceasta înseamnă că din incorectitudinea postulatului lui Thomson rezultă că postulatul Clausius este incorect.

Astfel, postulatele lui Clausius și Thomson sunt echivalente.

O altă formulare a celei de-a doua legi a termodinamicii se bazează pe conceptul de entropie:

· „Entropia unui sistem izolat nu poate scădea” (legea entropiei nedescrescătoare).

Această formulare se bazează pe ideea de entropie în funcție de starea sistemului, care trebuie, de asemenea, postulată.

A doua lege a termodinamicii în formularea axiomatică a lui Rudolf Julius Clausius (R. J. Clausius, 1865) este următoarea:

Pentru orice sistem termodinamic de cvasi-echilibru există o funcție unică a stării termodinamice

numită entropie, astfel încât diferența sa totală

Într-o stare cu entropie maximă, procesele macroscopice ireversibile (și procesul de transfer de căldură este întotdeauna ireversibil datorită postulatului Clausius) sunt imposibile.

Limitările derivării formulei pentru diferenţialul de entropie dată de Clausius stau în ipoteza idealităţii gazului, ale cărui proprietăţi conduc la existenţa unui factor integrator. Acest neajuns a fost eliminat de Carathéodory în lucrarea sa „Despre fundamentele termodinamicii” (1909). Carathéodory a considerat multe stări care ar putea fi realizate adiabatic (adică fără schimb de căldură cu mediul). Ecuația care descrie un astfel de set al acestor stări în formă diferențială este forma Pfaffiană. Folosind condițiile de integrabilitate a formelor Pfaffian cunoscute din analiză, Carathéodory a ajuns la următoarea formulare a celei de-a doua legi:

· În vecinătatea oricărei stări a sistemului, există stări la care nu se poate ajunge adiabatic.

Această formulare nu limitează doar sistemele care se supun celei de-a doua lege a termodinamicii gaze idealeși corpuri capabile să finalizeze un ciclu închis atunci când interacționează cu ele. Sensul fizic al axiomei lui Carathéodory repetă formularea lui Clausius.

A doua lege este asociată cu conceptul de entropie, care este o măsură a haosului (sau o măsură a ordinii). A doua lege a termodinamicii afirmă că pentru universul în ansamblu, entropia crește.

Sunt două definiții clasice a doua lege a termodinamicii:

· Kelvin și Planck

Nu există un proces ciclic care extrage o cantitate de căldură dintr-un rezervor la o anumită temperatură și transformă complet acea căldură în lucru. (Este imposibil să construiți o mașină care funcționează periodic, care nu face altceva decât să ridice o sarcină și să răcească un rezervor de căldură)

· Clausius

Nu există un proces al cărui singur rezultat să fie transferul de căldură de la un corp mai puțin încălzit la unul mai încălzit. (Un proces circular este imposibil, al cărui singur rezultat ar fi producerea de muncă prin răcirea rezervorului de căldură)

Ambele definiții ale celei de-a doua legi a termodinamicii se bazează pe prima lege a termodinamicii, care afirmă că energia scade.

Niciun motor nu poate transforma căldura în lucru cu o eficiență de 100%. (2) într-un sistem închis, entropia nu poate scădea. (3).

Procesele naturale sunt caracterizate de direcționalitate și ireversibilitate, dar majoritatea legilor descrise în această carte nu reflectă acest lucru - cel puțin nu în mod explicit. Spărgerea ouălor și prepararea ouălor omletă nu este dificilă, dar este imposibil să recreați ouă crude din ouă omletă gata făcute.
. Mirosul de la o sticlă deschisă de parfum umple camera - dar nu îl poți pune înapoi în sticlă. Iar motivul pentru o astfel de ireversibilitate a proceselor care au loc în univers constă în a doua lege a termodinamicii, care, cu toată simplitatea ei aparentă, este una dintre cele mai dificile și adesea greșit înțelese legi ale fizicii clasice.

În primul rând, această lege are cel puțin trei formulări la fel de valabile, propuse în ani diferiți de către fizicieni de generații diferite. Poate părea că nu există nimic în comun între ei, dar toate sunt echivalente logic între ele. Din orice formulare a celei de-a doua legi, celelalte două sunt derivate matematic.

Vom începe cu prima formulare, datorită fizician german Rudolf Clausius (vezi ecuația Clapeyron-Clausius. Iată o ilustrare simplă și clară a acestei formulări: luăm un cub de gheață din frigider și îl punem în chiuvetă. După ceva timp, cubul de gheață se va topi, deoarece căldura de la mai mult corp cald(aerul) va fi transferat într-un (cub de gheață) mai rece. Din punctul de vedere al legii conservării energiei, nu există niciun motiv pentru ca energia termică să fie transferată exact în această direcție: chiar dacă gheața a devenit mai rece și aerul mai cald, legea conservării energiei ar fi încă îndeplinită Faptul că acest lucru nu se întâmplă este tocmai o dovadă a direcției deja menționate a proceselor fizice.

Putem explica cu ușurință de ce gheața și aerul interacționează în acest fel luând în considerare această interacțiune la nivel molecular. Din molecular - teoria cineticăștim că temperatura reflectă viteza de mișcare a moleculelor corpului - cu cât se mișcă mai repede, cu atât temperatura corpului este mai mare. Aceasta înseamnă că moleculele de aer se mișcă mai repede decât moleculele de apă din cubul de gheață. Când o moleculă de aer se ciocnește cu o moleculă de apă de pe suprafața gheții, după cum ne spune experiența, moleculele rapide, în medie, încetinesc, iar cele lente accelerează. Astfel, moleculele de apă încep să se miște din ce în ce mai repede sau, ceea ce este la fel, temperatura gheții crește. La asta ne referim când spunem că căldura este transferată din aer în gheață. Și în cadrul acestui model, prima formulare a celei de-a doua legi a termodinamicii decurge logic din comportamentul moleculelor.

Când orice corp se mișcă pe orice distanță sub influența unei anumite forțe, se lucrează și diverse forme energiile exprimă cu precizie capacitatea unui sistem de a produce o anumită cantitate de muncă. Deoarece căldura, care reprezintă energia cinetică a moleculelor, este o formă de energie, ea poate fi, de asemenea, transformată în muncă. Dar din nou avem de-a face cu un proces dirijat. Puteți transforma munca în căldură cu o eficiență de 100% - o faceți de fiecare dată când apăsați pedala de frână în mașină: toată energia cinetică a mișcării mașinii plus energia pe care ați cheltuit-o pe pedală prin munca piciorului și a sistemului hidraulic. sistemul de frânare este complet transformat în căldură degajată în timpul frecării plăcuțelor de pe discurile de frână. A doua formulare a celei de-a doua legi a termodinamicii afirmă că procesul invers este imposibil. Indiferent cât de mult ai încerca energie termică se transformă în muncă - pierderile de căldură în mediu sunt inevitabile.

Nu este greu de ilustrat a doua formulare în acțiune. Imaginează-ți cilindrul motorului cu ardere internă al mașinii tale. În el este injectat un amestec de combustibil cu octan ridicat, care este comprimat de piston la presiune înaltă, după care se aprinde în spațiul mic dintre chiulasa și pistonul care se mișcă liber, care este bine fixat pe pereții cilindrului. În timpul arderii explozive a amestecului, o cantitate semnificativă de căldură este eliberată sub formă de produse de ardere fierbinți și în expansiune, a căror presiune împinge pistonul în jos. Într-o lume ideală, am putea obține o eficiență de 100% în utilizarea energiei termice degajate, transformând-o complet în lucru mecanic al pistonului.

În lumea reală, nimeni nu va asambla vreodată un astfel de motor ideal din două motive. În primul rând, pereții cilindrului se încălzesc inevitabil ca urmare a arderii amestecului de lucru, o parte din căldură este pierdută la ralanti și este îndepărtată prin sistemul de răcire în mediu. În al doilea rând, o parte a muncii se duce inevitabil în depășirea forței de frecare, drept urmare, din nou, pereții cilindrului se încălzesc - o altă pierdere de căldură (chiar și cu cel mai bun ulei de motor. În al treilea rând, cilindrul trebuie să se întoarcă la punctul de plecare). de compresie, și aceasta și munca de depășire a frecării cu degajarea de căldură, irosită Ca urmare, avem ceea ce avem și anume: cele mai avansate motoare termice funcționează cu o eficiență de cel mult 50%.

Această interpretare a celei de-a doua legi a termodinamicii este încorporată în principiul lui Carnot, care poartă numele inginerului militar francez Sadi Carnot. A fost formulat mai devreme decât altele și a avut o influență uriașă asupra dezvoltării tehnologiei inginerești pentru multe generații viitoare, deși este de natură aplicată. Acesta capătă o importanță enormă din punctul de vedere al energiei moderne - cel mai important sector al oricărei economii naționale. Astăzi, confruntată cu o lipsă de resurse de combustibil, omenirea este totuși forțată să suporte faptul că eficiența, de exemplu, a centralelor termice care funcționează pe cărbune sau păcură nu depășește 30-35% - adică, două treimi din combustibil este ard în zadar, sau mai bine zis consumat pentru a încălzi atmosfera – și asta în fața amenințării încălzirii globale. De aceea, centralele termice moderne sunt ușor de recunoscut după turnurile lor colosale - turnuri de răcire - în ele se răcește apa care răcește turbinele generatoarelor electrice, iar excesul de energie termică este eliberat în mediu. Și o eficiență atât de scăzută a utilizării resurselor nu este vina, ci ghinionul inginerilor moderni de proiectare: aceștia se strâng deja aproape de maximum ceea ce permite ciclul Carnot. Cei care susțin că au găsit o soluție pentru a reduce dramatic pierderile de energie termică (de exemplu, au proiectat o mașină cu mișcare perpetuă) susțin astfel că au depășit a doua lege a termodinamicii. La fel de bine ar putea pretinde că știu să se asigure că un cub de gheață într-o chiuvetă nu se topește la temperatura camerei, ci, dimpotrivă, se răcește și mai mult, încălzind astfel aerul.

A treia formulare a celei de-a doua legi a termodinamicii, atribuită de obicei fizicianului austriac Ludwig Boltzmann (vezi constanta lui Boltzmann), este poate cea mai cunoscută. Entropia este un indicator al tulburării unui sistem. Cu cât entropia este mai mare, cu atât este mai haotică mișcarea particulelor materiale care alcătuiesc sistemul. Boltzmann a reușit să dezvolte o formulă pentru o descriere matematică directă a gradului de ordine într-un sistem. Să vedem cum funcționează folosind apa ca exemplu. În stare lichidă, apa este o structură destul de dezordonată, deoarece moleculele se mișcă liber unele față de altele, iar orientarea lor spațială poate fi arbitrară. Gheața este o altă chestiune - în ea sunt ordonate moleculele de apă, fiind incluse în rețeaua cristalină. Formularea celei de-a doua legi a termodinamicii a lui Boltzmann, relativ vorbind, afirmă că gheața, topindu-se și transformată în apă (proces însoțit de o scădere a gradului de ordine și o creștere a entropiei), nu va renaște niciodată ea însăși din apă. Și din nou suntem un exemplu de natural ireversibil fenomen fizic vedem noi.

Este important să înțelegem aici că nu vorbim despre faptul că în această formulare a doua lege a termodinamicii declară că entropia nu poate scădea nicăieri și niciodată. În cele din urmă, gheața topită poate fi plasată înapoi în congelator și recongelată. Ideea este că entropia nu poate scădea sisteme închise- adică în sistemele care nu primesc alimentare externă cu energie. Un frigider care funcționează nu este un sistem închis izolat, deoarece este conectat la rețeaua electrică și primește energie din exterior - în cele din urmă, de la centralele care îl produc. ÎN în acest caz, un sistem închis va fi un frigider, plus cablaj, plus o substație locală de transformare, plus o rețea unificată de alimentare cu energie, plus centrale electrice. Și din moment ce creșterea entropiei rezultată din evaporarea aleatorie din turnurile de răcire a centralelor electrice este de multe ori mai mare decât scăderea entropiei din cauza cristalizării gheții în frigider, a doua lege a termodinamicii nu este în niciun caz încălcată.

Și asta, cred, duce la o altă formulare a celui de-al doilea principiu: frigiderul nu funcționează dacă nu este conectat la priză. James Trefil, „Natura științei. 200 de legi ale universului”.

Legea conservării și transformării energiei (prima lege a termodinamicii) în principiu nu interzice o astfel de tranziție, atâta timp cât cantitatea de energie se menține în același volum. Dar în realitate acest lucru nu se întâmplă niciodată. Este această unilateralitate, unidirecționalitate a redistribuirii energiei în sisteme închise care este subliniată de al doilea principiu.

Pentru a reflecta acest proces, a fost introdus un nou concept în termodinamică - entropie. Entropia a ajuns să fie înțeleasă ca o măsură a dezordinei într-un sistem. O formulare mai precisă a celei de-a doua legi a termodinamicii a luat următoarea formă: „În procesele spontane din sistemele care au energie constantă, entropia crește întotdeauna.”

Semnificația fizică a creșterii entropiei se rezumă la faptul că un sistem izolat (cu energie constantă) format dintr-un anumit număr de particule tinde să se deplaseze într-o stare cu cea mai puțin ordonată mișcare a particulelor. Aceasta este cea mai simplă stare a sistemului, sau starea de echilibru termodinamic, în care mișcarea particulelor este haotică. Entropia maximă înseamnă echilibru termodinamic complet, care este echivalent cu haosul complet.

Rezultatul general este destul de trist: direcția ireversibilă a proceselor de conversie a energiei în sisteme izolate va duce mai devreme sau mai târziu la conversia tuturor tipurilor de energie în căldură, care se va disipa, de exemplu. în medie va fi distribuit uniform între toate elementele sistemului, ceea ce va însemna echilibru termodinamic, sau haos total. Dacă Universul nostru este închis, atunci o soartă de neinvidiat îl așteaptă. S-a născut din haos, după cum susțineau grecii antici, și în haos, așa cum sugerează termodinamica clasică, se va întoarce.

Totuși, apare o întrebare interesantă: dacă Universul evoluează numai spre haos, atunci cum ar putea să apară și să se organizeze la starea sa ordonată actuală? Cu toate acestea, termodinamica clasică nu și-a pus această întrebare, deoarece ea s-a format într-o epocă în care nici măcar nu s-a discutat natura nestaționară a Universului. În acest moment, singurul reproș tăcut adus termodinamicii a fost teoria evoluției lui Darwin. La urma urmei, procesul de dezvoltare a lumii vegetale și animale asumat de această teorie a fost caracterizat prin complicația sa continuă, o creștere a înălțimii organizării și ordinii. Fauna sălbatică dintr-un motiv oarecare am vrut să scap de termo echilibru dinamicși haos. O astfel de „inconsecvență” evidentă între legile dezvoltării naturii neînsuflețite și cele vii a fost cel puțin surprinzătoare.

Această surpriză a crescut de multe ori după înlocuirea modelului unui Univers staționar cu un model al Universului în curs de dezvoltare,

în care complexitatea crescândă a organizării obiectelor materiale era clar vizibilă - de la particulele elementare și sub-elementare în primele momente după Big Bang până la sistemele stelare și galactice observate în prezent. La urma urmei, dacă principiul creșterii entropiei este atât de universal, cum ar putea apărea astfel de structuri complexe? Ele nu mai pot fi explicate printr-o „perturbare” aleatorie a Universului în general echilibrat. A devenit clar că, pentru a menține consistența imaginii generale a lumii, este necesar să se postuleze prezența materiei în ansamblu nu numai a unei tendințe distructive, ci și a unei tendințe creatoare. Materia este capabilă să efectueze lucrări împotriva echilibrului termodinamic, auto-organizați-vă și autocomplicați-vă.

Este demn de remarcat faptul că postulatul despre capacitatea materiei de a se autodezvolta a fost introdus în filozofie cu destul de mult timp în urmă. Dar nevoia ei de fundamentală stiintele naturii(fizică, chimie) începe să se realizeze abia acum. În urma acestor probleme, au apărut sinergetice- teoria auto-organizarii. Dezvoltarea sa a început în urmă cu câteva decenii, iar în prezent se dezvoltă în mai multe direcții: sinergetică (G. Haken), termodinamică de neechilibru (I. Prigogine), etc. Fără a intra în detalii și nuanțe ale dezvoltării acestor direcții, vom caracteriza sens general complexul de idei pe care le dezvoltă, numindu-le sinergetice (termenul lui G. Haken).

Principala schimbare ideologică produsă de sinergetice poate fi exprimată astfel:

a) procesele de distrugere și creație, degradare și evoluție în Univers sunt cel puțin egale;

b) procesele de creație (creștere în complexitate și ordine) au un singur algoritm, indiferent de natura sistemelor în care se desfășoară.

Astfel, sinergetica pretinde că descoperă un anumit mecanism universal cu ajutorul căruia se realizează autoorganizarea atât în ​​natura vie, cât și în cea neînsuflețită. Prin autoorganizare ne referim tranziția spontană a unui sistem deschis de neechilibru de la forme mai puțin complexe și mai ordonate de organizare. Rezultă că obiectul sinergeticii nu poate fi deloc un sistem.

noi, ci numai cele care îndeplinesc cel puțin două condiții:

a) trebuie să fie deschise, adică schimbă materie sau energie cu mediu extern;

b) trebuie să fie, de asemenea, semnificativ neechilibrați, i.e. fi într-o stare departe de echilibrul termodinamic.

Dar exact așa sunt majoritatea sistemelor pe care le cunoaștem. Sistemele izolate ale termodinamicii clasice sunt o anumită idealizare în realitate, astfel de sisteme sunt excepția, nu regula. Este mai dificil cu întregul Univers ca întreg - dacă îl considerăm un sistem deschis, atunci ce poate servi ca mediu extern? Fizica modernă crede că un astfel de mediu pentru Universul nostru material este vidul.

Deci, sinergetica susține că dezvoltarea sistemelor deschise și extrem de neechilibrate are loc prin creșterea complexității și ordinii. Există două faze în ciclul de dezvoltare a unui astfel de sistem:

1. O perioadă de dezvoltare evolutivă lină, cu schimbări liniare bine previzibile, conducând în cele din urmă sistemul la o stare critică instabilă.

2. Ieșirea dintr-o stare critică simultan, brusc, și trecerea la o nouă stare stabilă cu un grad mai mare de complexitate și ordine.

O caracteristică importantă: trecerea sistemului la o nouă stare stabilă este ambiguă. După ce a atins parametrii critici, un sistem dintr-o stare de instabilitate puternică pare să „cade” într-una dintre multele posibile noi stări stabile. În acest moment (se numește punctul de bifurcație), calea evolutivă a sistemului pare să se ramifice și care ramură specială de dezvoltare va fi aleasă este decisă întâmplător! Dar după ce „alegerea este făcută” și sistemul a trecut la o stare stabilă calitativ nouă, nu mai există întoarcere. Acest proces este ireversibil. Și de aici, apropo, rezultă că dezvoltarea unor astfel de sisteme este fundamental imprevizibilă. Este posibil să se calculeze opțiunile de ramificare pentru căile evolutive ale sistemului, dar care dintre ele va fi aleasă întâmplător nu poate fi prezis fără ambiguitate.

Cel mai popular și clar exemplu de formare a structurilor de complexitate crescândă este un fenomen bine studiat în hidrodinamică numit celule Bénard. Când un lichid situat într-un vas rotund sau dreptunghiular este încălzit, între straturile sale inferior și superior apare o anumită diferență de temperatură (gradient). Dacă gradientul este mic, atunci transferul de căldură are loc la nivel microscopic și nu are loc nicio mișcare macroscopică. Cu toate acestea, când atinge o anumită valoare critică în lichid, se produce brusc mișcarea macroscopică (sărituri), formând structuri clar definite sub formă de celule cilindrice. De sus, o astfel de macro-ordonare arată ca o structură celulară stabilă, asemănătoare cu un fagure.

Acest fenomen, care este bine cunoscut de toată lumea, este absolut incredibil din punctul de vedere al mecanicii statistice. La urma urmei, indică faptul că în momentul formării celulelor Benard, miliarde de molecule lichide, ca la comandă, încep să se comporte coordonat, consecvent, deși înainte de asta erau într-o mișcare complet haotică. Se pare că fiecare moleculă „știe” ce fac toți ceilalți și vrea să se miște în ordinea generală. (Însuși cuvântul „sinergetică”, apropo, înseamnă doar „acțiune comună”.) Legile statistice clasice nu funcționează în mod clar aici, acesta este un fenomen de altă ordine. La urma urmei, chiar dacă o astfel de structură „corectă” și stabilă „cooperativă” s-ar forma întâmplător, ceea ce este aproape incredibil, s-ar prăbuși imediat. Dar nu se dezintegrează la menținerea condițiilor adecvate (influx de energie din exterior), ci se păstrează stabil. Aceasta înseamnă că apariția unor astfel de structuri de complexitate crescândă nu este un accident, ci un model.

Căutarea unor procese similare de auto-organizare în alte clase de sisteme deschise de neechilibru pare să promite a fi de succes: mecanismul acțiunii laserului, creșterea cristalelor, ceasurile chimice (reacția Belousov-Zhabotinsky), formarea unui organism viu, dinamica populației, o economie de piață, în sfârșit, în care acțiunile haotice ale milioane de indivizi liberi duc la formarea de stabil și

macrostructuri complexe - toate acestea sunt exemple de autoorganizare a sistemelor de natură foarte diferită.

Interpretarea sinergică a acestui gen de fenomene deschide noi posibilități și direcții pentru studiul lor. Într-o formă generalizată, noutate abordare sinergetică poate fi exprimat în următorii termeni:

Haosul nu este doar distructiv, ci și creativ, constructiv; dezvoltarea are loc prin instabilitate (haoticitate).

Natura liniară a evoluției sistemelor complexe, cu care știința clasică este obișnuită, nu este regula, ci mai degrabă excepția; Dezvoltarea majorității acestor sisteme este neliniară. Aceasta înseamnă că pentru sistemele complexe există întotdeauna mai multe moduri posibile evoluţie.

Dezvoltarea se realizează printr-o alegere aleatorie a uneia dintre mai multe posibilități permise pentru evoluția ulterioară la punctele de bifurcație. În consecință, aleatoritatea nu este o neînțelegere enervantă, ci este încorporată în mecanismul evoluției. Aceasta înseamnă, de asemenea, că calea actuală de evoluție a sistemului poate să nu fie mai bună decât cele respinse prin alegere aleatorie.

Sinergetica provine din disciplinele fizice - termodinamică, radiofizică. Dar ideile ei sunt interdisciplinare. Ele oferă baza pentru sinteza evolutivă globală care are loc în știința naturii. Prin urmare, sinergetica este văzută ca una dintre cele mai importante componente ale tabloului științific modern al lumii.

2.3.3. Contururile generale ale tabloului natural-științific modern al lumii

Lumea în care trăim constă din sisteme deschise multi-scale, a căror dezvoltare este supusă unor anumite tipare generale. În același timp, are propria sa istorie lungă, care este în general cunoscută stiinta moderna.

Asa arata cel mai mult cronologia evenimente importante din această poveste 1:

20 de miliarde de ani înapoi - Big Bang

3 minute mai târziu - formarea bazei materiale a Universului (fotoni, neutrini și antineutrini cu un amestec de nuclee de hidrogen, heliu și electroni).

După câteva sute - apariția atomilor (elemente ușoare) mie ani tovarăşe).

Acum 19-17 miliarde de ani - formarea structurilor de diferite scări (galaxii).

Acum 15 miliarde de ani - apariția stelelor de prima generație, formarea atomilor de elemente grele.

Acum 5 miliarde de ani - nașterea Soarelui.

Acum 4,6 miliarde de ani - formarea Pământului.

Acum 3,8 miliarde de ani - originea vieții.

Acum 450 de milioane de ani - apariția plantelor.

Acum 150 de milioane de ani - apariția mamiferelor.

Acum 2 milioane de ani - începutul antropogenezei.

Să subliniem că știința modernă cunoaște nu numai „date”, ci, în multe privințe, însuși mecanismele evoluției Universului de la Big Bang până în zilele noastre. Acesta este un rezultat fantastic. Mai mult, cele mai mari descoperiri în secretele istoriei Universului au fost făcute în a doua jumătate a secolului nostru:

s-a propus și justificat conceptul de Big Bang, s-a construit modelul cuarc al atomului, s-au stabilit tipurile de interacțiuni fundamentale și s-au construit primele teorii ale unificării lor etc. Acordăm atenție în primul rând succeselor fizicii și cosmologiei, deoarece aceste științe fundamentale formează contururile generale ale tabloului științific al lumii.

Imaginea lumii desenată de știința naturală modernă este neobișnuit de complexă și simplă în același timp. Este complex pentru că poate deruta o persoană care este obișnuită cu acordul.

1 Vezi: Filozofieși metodologia științei. - M.: Aspect Press, 1996. - P. 290.

coliind cu bunul simț idei științifice clasice. Ideile începutului timpului, dualismul val-particulă al obiectelor cuantice, structura internă a vidului capabilă să dea naștere la particule virtuale - acestea și alte inovații similare dau imaginii actuale a lumii un aspect ușor „nebun”. (Totuși, acest lucru este tranzitoriu: odată ca niciodată, ideea formei sferice a Pământului părea complet „nebun”).

Dar, în același timp, această imagine este maiestuos de simplă, armonioasă și, în anumite privințe, chiar elegantă. Aceste calități îi sunt date în principal de principiile conducătoare ale construcției și organizării cunoștințelor științifice moderne, pe care le-am discutat deja:

sistematicitate,

Evolutionism global,

Autoorganizare,

Istoricitate.

Aceste principii pentru construirea unei imagini științifice a lumii în ansamblu corespund legilor fundamentale ale existenței și dezvoltării Naturii însăși.

Sistematicitateînseamnă reproducerea de către știință a faptului că Universul observabil apare ca cel mai mare dintre toate sistemele cunoscute de noi, constând dintr-o mare varietate de elemente (subsisteme) de diferite niveluri de complexitate și ordine.

Un „sistem” este de obicei înțeles ca un anumit set ordonat de elemente interconectate. Efectul sistemic se dezvăluie în apariția întregul sistem proprietăți noi rezultate din interacțiunea elementelor (atomii de hidrogen și oxigen, de exemplu, combinați într-o moleculă de apă, își schimbă radical proprietățile obișnuite). O altă caracteristică importantă a unei organizări de sistem este ierarhia, subordonarea - includerea secvenţială a sistemelor de nivel inferior în sisteme de niveluri din ce în ce mai înalte.

Modul sistemic de combinare a elementelor exprimă unitatea lor fundamentală: datorită includerii ierarhice a sistemelor de diferite niveluri unele în altele, orice element al oricărui sistem este conectat cu toate elementele tuturor. sisteme posibile. (De exemplu: om - biosferă - planeta Pământ -

sistem solar- Galaxie etc.) Tocmai acest caracter fundamental unificat ne demonstrează lumea din jurul nostru. În același mod, imaginea științifică a lumii și știința naturii care o creează sunt organizate în mod corespunzător. Toate părțile sale sunt acum strâns interconectate - acum practic nu există știință „pură”, totul este pătruns și transformat de fizică și chimie.

Evoluționismul global- aceasta este o recunoaștere a imposibilității existenței Universului și a tuturor sistemelor mai mici generate de acesta fără dezvoltare și evoluție. Natura evolutivă a Universului mărturisește, de asemenea, unitatea fundamentală a lumii, fiecare componentă a căreia este o consecință istorică a procesului evolutiv global început de Big Bang.

Autoorganizare- aceasta este capacitatea observată a materiei de a se complica și de a crea structuri din ce în ce mai ordonate în cursul evoluției. Mecanismul de tranziție sisteme materialeîntr-o stare mai complexă și mai ordonată, aparent similară pentru sistemele de toate nivelurile.

Aceste trăsături fundamentale ale imaginii moderne de științe naturale a lumii determină în principal conturul său general, precum și chiar modul de organizare a cunoștințelor științifice diverse în ceva întreg și consistent.

Cu toate acestea, are și încă o caracteristică care îl deosebește de opțiunile anterioare. Este vorba de a recunoaște istoricitate,şi prin urmare incompletitudine fundamentală reală și orice altă imagine științifică a lumii. Cea care există acum este generată atât de istoria anterioară, cât și de caracteristicile socioculturale specifice timpului nostru. Dezvoltarea societății, schimbările în orientările sale valorice, conștientizarea importanței studierii sistemelor naturale unice în care parte integrantă persoana însuși este inclusă, schimbând atât strategia cercetării științifice, cât și atitudinea persoanei față de lume.

Dar și Universul se dezvoltă. Desigur, dezvoltarea societății și a Universului are loc în ritmuri diferite. Dar suprapunerea lor reciprocă face ca ideea de a crea o imagine științifică finală, completă, absolut adevărată a lumii, este practic imposibilă.

Așadar, am încercat să notăm câteva trăsături fundamentale ale tabloului științific natural modern al lumii. Aceasta este doar schița sa generală, după ce ați schițat-o, puteți începe o cunoaștere mai detaliată cu inovații conceptuale specifice științe naturale moderne. Despre ele vom vorbi în capitolele următoare.

Întrebări de revizuire

1. De ce știința apare abia în secolele VI-IV. î.Hr uh, și nu înainte? Ce sunt caracteristici distinctive cunoștințe științifice?

2. Care este esența principiului falsificării? Cum funcționează?

3. Numiți criteriile de distincție între nivelurile teoretice și cele empirice cunoștințe științifice. Ce rol joacă fiecare dintre aceste niveluri în cunoștințele științifice?

5. Ce este o paradigmă?

6. Descrieți conținutul revoluției științifice naturale sfârşitul XIX-lea- începutul secolului al XX-lea

7. „Această lume a fost învăluită în întuneric adânc. Să fie lumină! Și apoi a apărut Newton. Dar Satana nu a așteptat mult să se răzbune. A venit Einstein și totul a devenit la fel ca înainte.” (S. Ya. Marshak)

Despre ce trăsătură a cunoștințelor științifice ironică autorul?

8. Care este esența principiului evoluționismului global? Cum se manifestă?

9. Descrie ideile principale de sinergetică. Ce este nou la abordarea sinergetică?

10. Numiți trăsăturile fundamentale ale tabloului științific natural modern al lumii.

Literatură

1. Knyazeva E.N., Kurdyumov S.P. Legile evoluției și auto-organizării sistemelor complexe. - M.: Nauka, 1994.

2. Kuznetsov V.I., Idlis G.M., Gutina V.N.Știința naturii. - M.: Agar, 1996.

3. Kuhn T. Structura revoluțiilor științifice. - M.: Progres 1975.

4. Lakatos I. Metodologia programelor de cercetare științifică // Questions of Philosophy. - 1995. - Nr. 4.

5. Rovinsky R.E. Univers în curs de dezvoltare. - M., 1995.

6. Modern filozofia științei. - M.: Logos, 1996.

7. Stepin V. S., Gorokhov V. G., Rozov M. A. Filosofia științei și tehnologiei. - M.: Gardarika, 1996.

8. Filozofieși metodologia științei. - M.: Aspect Press 1996.

_________________________________

7.3.5. Noosferă. Doctrina lui V. I. Vernadsky despre noosferă

Influența enormă a omului asupra naturii și consecințele pe scară largă ale activităților sale au servit drept bază pentru creație.

învățături despre noosferă. Termenul „noosferă” (gr. poo5-rațiunea) este tradus literal ca sfera minții. A fost introdus pentru prima dată în circulația științifică în 1927 de către un om de știință francez E. Leroy. Impreuna cu Teilhard de Chardin el a considerat noosfera ca un fel de formațiune ideală, o înveliș de gândire extra-biosferă care înconjoară Pământul.

O serie de oameni de știință sugerează utilizarea altor concepte în locul conceptului „noosferă”: „tehnosferă”, „antroposferă”, „psihosferă”, „sociosferă” sau să le folosească ca sinonime. Această abordare pare foarte controversată, deoarece există o anumită diferență între conceptele enumerate și conceptul de „noosferă”.

De asemenea, trebuie menționat că doctrina noosferei nu are încă un caracter canonic complet, care ar putea fi acceptat ca un fel de ghid necondiționat de acțiune. Doctrina noosferei a fost formulată în lucrările unuia dintre fondatorii ei, V.I. În lucrările sale se poate găsi definiții diferiteși idei despre noosferă, care s-au schimbat de-a lungul vieții omului de știință. Vernadsky a început să dezvolte acest concept la începutul anilor 30. după o dezvoltare detaliată a doctrinei biosferei. Realizând rolul enorm și importanța omului în viață și în transformarea planetei, V. I. Vernadsky folosește conceptul de „noosferă” în sensuri diferite: 1) ca starea planetei când omul devine cea mai mare forță geologică transformatoare; 2) ca zonă de manifestare activă a gândirii științifice; 3) cum factor principal restructurari si schimbari in biosfera.

Foarte important în învățăturile lui V.I Vernadsky despre noosferă a fost faptul că el a realizat și a încercat să efectueze sinteza științe naturale și sociale atunci când se studiază problemele activității umane globale, restructurarea activă a mediului. În opinia sa, noosfera este deja o etapă calitativ diferită, superioară a biosferei, asociată cu o transformare radicală nu numai a naturii, ci și a omului însuși. Aceasta nu este doar o sferă de aplicare a cunoștințelor umane la un nivel înalt de tehnologie. Conceptul de „tehnosferă” este suficient pentru aceasta. Este vorba despre despre o etapă din viața omenirii în care activitatea umană transformatoare se va baza pe o înțelegere strict științifică și cu adevărat rezonabilă a tuturor proceselor în desfășurare și va fi în mod necesar combinată cu „interesele naturii”.

Momentan sub noosferăînțelege sfera de interacțiune dintre om și natură, în cadrul căreia activitatea umană inteligentă devine principalul factor determinant al dezvoltării. ÎN structura noosferei pot fi identificate ca componente ale umanității, sistemelor sociale, sociologiei cunoștințe științifice

, suma tehnologiei și tehnologiei în unitate cu biosfera. Interrelația armonioasă a tuturor componentelor structurii este baza existenței și dezvoltării durabile a noosferei.

În V.I Vernadsky găsim o abordare diferită. În doctrina sa despre biosfere, materia vie transformă învelișul superior al Pământului. Treptat, intervenția umană crește, umanitatea devine principala forță de formare geologică planetară. Prin urmare (nucleul învățăturii lui Vernadsky despre noosferă) omul este direct responsabil pentru evoluția planetei. Înțelegerea sa asupra acestei teze este necesară pentru propria sa supraviețuire. Spontaneitatea dezvoltării va face biosfera improprie pentru locuirea umană. În acest sens, o persoană ar trebui să își echilibreze nevoile cu capacitățile biosferei. Impactul asupra acesteia trebuie dozat de ratiune in cursul evolutiei biosferei si societatii. Treptat, biosfera se transformă în noosferă, unde dezvoltarea ei capătă un caracter ghidat.

Aceasta este natura complexă a evoluției naturii, a biosferei, precum și complexitatea apariției noosferei, determinând rolul și locul omului în ea. V.I Vernadsky a subliniat în mod repetat că omenirea tocmai intră în această stare. Și astăzi, la câteva decenii după moartea omului de știință, nu există motive suficiente pentru a vorbi despre activitatea umană inteligentă durabilă (adică că am ajuns deja în starea noosferei). Și așa va fi cel puțin până când umanitatea va decide probleme globale planetă, inclusiv cea ecologică. Mai corect despre noosferă

vorbește ca un ideal către care o persoană ar trebui să se străduiască.

7.4. Relația dintre spațiu și fauna sălbatică

Datorită interconexiunii a tot ceea ce există, cosmosul are o influență activă asupra celor mai diverse procese ale vieții de pe Pământ.

V.I Vernadsky, vorbind despre factorii care influențează dezvoltarea biosferei, a subliniat, printre altele, influența cosmică. Astfel, el a subliniat că fără corpuri cosmice, în special fără Soare, viața pe Pământ nu ar putea exista. Organismele vii transformă radiația cosmică în energie terestră (termică, electrică, chimică, mecanică) la o scară care determină existența biosferei.

Un om de știință suedez a subliniat rolul semnificativ al spațiului în apariția vieții pe Pământ. laureat Nobel S. Arrhenius.În opinia sa, introducerea vieții pe Pământ din spațiu a fost posibilă sub formă de bacterii datorită prafului și energiei cosmice. V. I. Vernadsky nu a exclus posibilitatea ca viața să apară pe Pământ din spațiu.

Influența spațiului asupra proceselor care au loc pe Pământ (de exemplu, Luna pe mareele maritimeși mareele joase, eclipsele de soare) oamenii observați în vremuri străvechi. Cu toate acestea, timp de multe secole, legătura dintre spațiu și Pământ a fost conceptualizată mai des la nivel ipoteze științificeși presupuneri sau chiar în afara domeniului de aplicare al științei. Acest lucru s-a datorat în mare parte dizabilități oameni, baza științifică și instrumentele disponibile. ÎN XX secolul, cunoștințele despre influența spațiului asupra Pământului au crescut semnificativ. Și acesta este meritul oamenilor de știință ruși, în primul rând reprezentanților cosmismul rusesc - A. L. Chizhevsky, K. E. Tsiolkovsky, L. N. Gumilyov, V. I. Vernadsky și alții.

A. L. Chizhevsky a fost în mare măsură capabil să înțeleagă, să evalueze și să identifice amploarea influenței spațiului, și mai ales a Soarelui, asupra vieții pământești și a manifestărilor sale. Titlurile lucrărilor sale mărturisesc în mod elocvent acest lucru: „Factorii fizici ai procesului istoric”, „Ecou terestru al furtunilor solare”, etc.

Oamenii de știință au acordat de multă atenție manifestărilor activității solare (pete, torțe pe suprafața sa, proeminențe). Această activitate, la rândul său, s-a dovedit a fi asociată cu vibrațiile electromagnetice și alte vibrații ale spațiului mondial. A.L. Chizhevsky, după ce a efectuat numeroase studii științifice în astronomie, biologie și istorie, a ajuns la concluzia despre influența foarte semnificativă a Soarelui și a activității sale asupra biologicului și procesele sociale pe Pământ („Factori fizici proces istoric»).

În 1915, A.L. Chizhevsky, în vârstă de 18 ani, care a studiat dezinteresat astronomia, chimia și fizica, a atras atenția asupra sincronicității formării petelor solare și a intensificării simultane a operațiunilor militare pe fronturile Primului Război Mondial. Materialul statistic acumulat și generalizat i-a permis să facă acest studiu științific și convingător.

Sensul conceptului său, bazat pe un bogat material factual, era să dovedească existența ritmurilor cosmice și dependența de biologic și viata publica pe Pământ din pulsul cosmosului. K. E. Tsiolkovsky a apreciat munca colegului său: „Tânărul om de știință încearcă să descopere dependenta functionalaîntre comportamentul omenirii și fluctuațiile activității Soarelui și prin calcul să se determine ritmul, ciclurile și perioadele acestor schimbări și fluctuații, creând astfel o nouă sferă a cunoașterii umane. Toate aceste generalizări largi și gânduri îndrăznețe sunt exprimate de Chizhevsky pentru prima dată, ceea ce le conferă o mare valoare și trezește interes. Această lucrare este un exemplu de fuziune a diferitelor științe împreună pe baza monistică a analizei fizice și matematice” 1.

Abia mulți ani mai târziu, gândurile și concluziile exprimate de A, L. Chizhevsky despre influența Soarelui asupra proceselor pământești au fost confirmate în practică. Numeroase observații au arătat o dependență de netăgăduit de creșterea masivă a bolilor neuropsihice și cardiovasculare la oameni în timpul ciclurilor periodice de activitate solară. Previziunile despre așa-numitele „zile rele” pentru sănătate sunt obișnuite în zilele noastre.

O idee interesantă este ideea lui Chizhevsky că perturbările magnetice asupra Soarelui, datorită unității Cosmosului, pot afecta serios problema de sănătate a liderilor de stat. La urma urmei, majoritatea guvernelor din multe țări sunt conduse de persoane în vârstă. Ritmurile care apar pe Pământ și în spațiu, desigur, le afectează sănătatea și bunăstarea. Acest lucru este deosebit de periculos în regimurile totalitare, dictatoriale. Și dacă statul este condus de indivizi imorali sau cu deficiențe mintale, atunci reacțiile patologice ale acestora la tulburările cosmice pot duce la consecințe imprevizibile și tragice atât pentru popoarele țărilor lor, cât și pentru întreaga umanitate, în condițiile în care multe țări au armă puternică distrugere.

Un loc special îl ocupă afirmația lui Chizhevsky că Soarele influențează semnificativ nu numai procesele biologice, ci și sociale de pe Pământ. Conflictele sociale (războaie, revolte, revoluții), conform lui A.L. Chizhevsky, sunt în mare măsură predeterminate de comportamentul și activitatea luminatului nostru. Conform calculelor sale, în timpul activității solare minime există un minim de manifestări sociale active în masă în societate (aproximativ 5%). În perioada de vârf al activității solare, numărul acestora ajunge la 60%.

Multe dintre ideile lui A.L. Chizhevsky și-au găsit aplicarea în domeniul științelor spațiale și biologice. Ele confirmă unitatea inextricabilă a omului și a cosmosului și indică influența lor reciprocă strânsă.

Ideile cosmice ale primului reprezentant al cosmismului rus erau foarte originale. N. F. Fedorova. El a întins mari sperante pentru dezvoltarea viitoare a științei. Acesta este, potrivit lui N.F Fedorov, ceea ce va ajuta o persoană să-și prelungească viața și, în viitor, să o facă nemuritoare. Răspândirea oamenilor pe alte planete din cauza clusterelor mari va deveni o realitate necesară. Pentru Fedorov, spațiul este un domeniu activ al activității umane. La mijlocul secolului al XIX-lea. și-a propus propria sa versiune a mișcării oamenilor în spațiul cosmic. Potrivit gânditorului, pentru aceasta va fi necesară stăpânirea energiei electromagnetice glob, care va permite reglarea mișcării sale în spațiul mondial și transformarea Pământului în nava spatiala(„rover terestre”) pentru zboruri în spațiu. ÎN

K. E. Ciolkovski. El deține, de asemenea, o serie de idei filozofice originale. Viața, potrivit lui Ciolkovsky, este eternă. „După fiecare moarte se întâmplă același lucru - dispersia... Am trăit și vom trăi mereu, dar de fiecare dată formă nouăși, desigur, fără amintire a trecutului... O bucată de materie este supusă unei nenumărate serii de vieți, deși separate de perioade enorme de timp...” 1 . În aceasta, gânditorul este foarte aproape de învățăturile hinduse despre transmigrarea sufletelor, precum și de Democrit.

1 Ciolkovski K.E.

Exact așa își imaginează Tsiolkovsky tehnologia „ajutorului umanitar”. „Lumea perfectă” își asumă toate grijile asupra sa. Pe alte planete de dezvoltare inferioară, el susține și încurajează „doar cei buni”. „Orice abatere către rău sau suferință este corectată cu grijă. În ce sens? Da, prin selecție: cei răi, sau cei care se abat spre cei răi, rămân fără urmași... Puterea celor perfecți pătrunde pe toate planetele, în toate locurile posibile ale vieții și peste tot. Aceste locuri sunt populate de propria lor rasă matură. Nu este așa cum un grădinar distruge toate plantele nepotrivite de pe pământul său și lasă doar cele mai bune legume? Dacă intervenția nu ajută și nu se prevede decât suferință, atunci întreaga lume vie este distrusă fără durere...” 1 .

\ Ciolkovski K.E. Decret. op. - p. 378-379.

În viitor, conform planurilor lui Fedorov, omul va uni toate lumile și va deveni un „ghid planetar”. În aceasta se va manifesta în mod deosebit îndeaproape unitatea omului și a cosmosului.

Ideile lui N. F. Fedorov despre așezarea oamenilor pe alte planete au fost dezvoltate de un om de știință genial în domeniul științei rachetelor K. E. Ciolkovski. El deține, de asemenea, o serie de idei filozofice originale. Viața, potrivit lui Ciolkovsky, este eternă. „După fiecare moarte se întâmplă același lucru – dispersie... Întotdeauna am trăit și vom trăi mereu, dar de fiecare dată într-o formă nouă și, bineînțeles, fără amintire a trecutului... O bucată de materie este supusă un număr nenumărat de vieți, deși separate de intervale enorme de timp...” 1 . În aceasta, gânditorul este foarte aproape de învățăturile hinduse despre transmigrarea sufletelor, precum și de Democrit.

Bazat pe ideea fundamental dialectică a vieții universale, existentă peste tot și întotdeauna prin atomi în mișcare și mereu vii, Tsiolkovsky a încercat să construiască un cadru holistic " filozofia cosmică».

Omul de știință credea că viața și inteligența de pe Pământ nu sunt singurele din Univers. Adevărat, ca dovadă, el a folosit doar afirmația că Universul este nelimitat și a considerat acest lucru destul de suficient. Altfel, „ce sens ar avea Universul dacă nu ar fi umplut cu o lume organică, inteligentă, sensibilă?” Bazându-se pe tinerețea comparativă a Pământului, el ajunge la concluzia că pe alte „planete mai vechi viața este mult mai perfectă” 2 . Mai mult, influențează activ și alte niveluri ale vieții, inclusiv pe cel pământesc.

În etica sa filozofică, Ciolkovski este pur raționalist și consecvent. Ridicând ideea îmbunătățirii constante a materiei la absolut, Tsiolkovsky vede acest proces după cum urmează. Spațiul exterior nemărginit este locuit de ființe inteligente de diferite niveluri de dezvoltare. Sunt planete care, prin dezvoltarea inteligenței și puterii, au ajuns cel mai înalt gradși înaintea altora. Aceste planete „perfecte”, după ce au trecut prin toate chinurile evoluției și cunoscându-și tristul trecut și imperfecțiunile trecute, au

" Ciolkovski K.E. Visele Pământului și Cerului. - Tula: Priok. carte editura, 1986. -S. 380-381.

2 Ciolkovski K.E. Decret. op. - p. 378-379.

dreptul moral de a reglementa viața pe alte planete, încă primitive, pentru a-și salva populația de durerile dezvoltării.

Exact așa își imaginează Tsiolkovsky tehnologia „ajutorului umanitar”. „Lumea perfectă” își asumă toate grijile asupra sa. Pe alte planete de dezvoltare inferioară ei„numai binele” este susținut și încurajat. „Orice abatere către rău sau suferință este corectată cu grijă. În ce sens? Da, prin selecție: cei răi, sau cei care se abat spre cei răi, rămân fără urmași... Puterea celor perfecți pătrunde pe toate planetele, în toate locurile posibile ale vieții și peste tot. Aceste locuri sunt populate de propria lor rasă matură. Nu este așa cum un grădinar distruge toate plantele nepotrivite de pe pământul său și lasă doar cele mai bune legume? Dacă intervenția nu ajută și nu se prevede decât suferință, atunci întreaga lume vie este distrusă fără durere...” 1 .

K. E. Ciolkovski a fost cel mai profund studiat și luminat dintre contemporanii săi problemele filozofice ale explorării spațiului. El credea că Pământul are un rol special în Univers. Pământul este una dintre ultimele planete care „da speranță”. Doar un număr mic de astfel de planete vor avea dreptul la dezvoltare independentăși chinul, inclusiv Pământul.

În cursul evoluției, în timp, se va forma o uniune a tuturor ființelor superioare inteligente ale cosmosului. Mai întâi - sub forma unei uniuni care locuiește în cei mai apropiați sori, apoi - o uniune de uniuni și așa mai departe, la infinit, deoarece Universul însuși este infinit.

Sarcina morală, cosmică a Pământului este de a contribui la îmbunătățirea spațiului. Pământenii își pot justifica destinul înalt în îmbunătățirea lumii doar părăsind Pământul și mergând în spațiu. Prin urmare, Ciolkovsky își vede sarcina personală în a-i ajuta pe pământeni să organizeze relocarea pe alte planete și reinstalarea lor în Univers. El a subliniat că esența filozofiei sale cosmice constă „în mutarea de pe Pământ și în așezarea spațiului”. De aceea, inventarea rachetei pentru Ciolkovski nu a fost în niciun caz un scop în sine (cum cred unii, văzând în el doar un savant în rachete), ci o metodă de a pătrunde în adâncurile spațiului.

1 Ciolkovski K.E. Decret. op. - p. 378-379.

Omul de știință credea că multe milioane de ani îmbunătățesc treptat natura umană și organizarea sa socială. În timpul evoluției, corpul uman va suferi modificări semnificative care vor transforma o persoană, în esență, într-o „plantă-animal” inteligentă care prelucrează artificial energie solară. Astfel, va fi atins întregul scop pentru voința sa și independența față de mediul său. În cele din urmă, omenirea va putea exploata întreg spațiul solar și energia solară. Și în timp, populația pământului se va răspândi în întreg spațiul solar.

Ideile lui K. E. Tsiolkovsky despre unitatea diverselor lumi ale spațiului, îmbunătățirea ei constantă, inclusiv cea a omului însuși, despre intrarea umanității în spațiu, conțin un important sens ideologic și umanist.

Astăzi, problemele practice ale influenței umane asupra spațiului apar deja. Astfel, în legătură cu zborurile spațiale regulate, există posibilitatea introducerii neintenționate a organismelor vii în spațiu, în special pe alte planete. O serie de bacterii terestre sunt capabile să reziste la cele mai extreme temperaturi, radiații și alte condiții de viață pentru o lungă perioadă de timp. Intervalul de temperatură de existență la unele specii de organisme unicelulare ajunge la 600 de grade. Este imposibil de prezis cum se vor comporta într-un alt mediu nepământesc.

În prezent, oamenii încep să folosească în mod activ spațiul pentru a rezolva probleme tehnologice specifice, fie că este vorba despre creșterea cristalelor rare, sudare și alte lucrări. Și au primit deja recunoaștere cu mult timp în urmă sateliți spațiali ca mijloc de colectare și transmitere a unei varietăți de informații.

7.5. Contradicții în sistem: natură-biosferă-om

Relația dintre natură și societate nu poate fi considerată fără contradicțiile care inevitabil apar și există între ele. Istoria coexistenței omului și naturii reprezintă unitatea a două tendințe.

În primul rând, odată cu dezvoltarea societății și a forțelor sale productive, dominația omului asupra naturii se extinde constant și rapid. Astăzi acest lucru este deja evident la scară planetară. În al doilea rând, contradicțiile și dizarmonia dintre om și natură se adâncesc constant.

Natura, în ciuda întregii ei diversitate nenumărate componente, există un singur întreg. De aceea influența umană asupra părților individuale ale naturii exterioare supuse și pașnice influențează simultan și, independent de voința oamenilor, celelalte componente ale acesteia. Rezultatele răspunsului sunt adesea imprevizibile și dificil de prezis. O persoană ara pământul, ajutând la creșterea plantelor utile, dar din cauza greșelilor în agricultură, stratul fertil este spălat. Curățarea pădurilor pentru terenuri agricole privează solul de suficientă umiditate și, ca urmare, câmpurile devin în curând sterpe. Distrugerea prădătorilor reduce rezistența ierbivorelor și deteriorează fondul lor genetic. Această „listă neagră” a impactului uman local și a răspunsului naturii poate fi continuată la nesfârșit.

Ignorarea de către om a naturii dialectice integrale a naturii duce la consecințe negative atât pentru ea, cât și pentru societate. F. Engels a scris cu perspicacitate despre aceasta la vremea lui: „Să nu ne lăsăm, totuși, prea amăgiți de biruințele noastre asupra naturii. Pentru fiecare astfel de victorie ea se răzbună pe noi. Fiecare dintre aceste victorii are însă, în primul rând, consecințele pe care ne bazam, dar pe al doilea și al treilea consecințe complet diferite, neprevăzute, care de foarte multe ori distrug consecințele primelor” 1.

Lacune în nivel general cultura, generații de oameni ignorând tiparele și caracteristicile lumii vii, din păcate, este o realitate tristă a zilelor noastre. Dovezi amare despre cât de încăpățânată umanitatea nu vrea să învețe din propriile greșeli pot fi văzute în râurile care au devenit puțin adânci după defrișări, câmpurile care au devenit sărate ca urmare a irigațiilor analfabete și au devenit inadecvate pentru agricultură, mările secate ( Marea Aral), etc.

Negativ atât pentru natură, cât și pentru societate este intervenția umană neceremonioasă în mediu.

1 Marx K., Engels F. Soch. T. 20. - P. 495.

mediului de azi, deoarece consecințele sale se datorează nivel înalt Dezvoltarea forțelor productive este adesea de natură globală și dă naștere la probleme globale de mediu.

Termenul „ecologie”, folosit pentru prima dată de un biolog german E. Haeckelîn 1866, denotă știință despre relația organismelor vii cu mediul. Omul de știință credea că noua știință se va ocupa doar de relația dintre animale și plante cu mediul lor. Cu toate acestea, vorbind astăzi despre problemele de mediu (acest termen a intrat ferm în viața noastră în anii 70 ai secolului XX), ne referim de fapt ecologie socială - o știință care studiază problemele de interacțiune dintre societate și mediu.

Astăzi, situația de mediu din lume poate fi descrisă ca fiind aproape critică. Prima Conferință ONU privind Mediul din 1972 a declarat oficial prezența pe Pământ a unei crize de mediu globale a întregii biosfere. Astăzi nu mai există locale (regionale), dar globală(în toată lumea) probleme de mediu:

Mii de specii de plante și animale au fost distruse și continuă să fie distruse; acoperirea pădurii a fost în mare măsură distrusă; rezervele disponibile de resurse minerale sunt în scădere rapidă; Oceanul mondial nu este doar epuizat ca urmare a distrugerii organismelor vii, ci încetează să mai fie un regulator al proceselor naturale; atmosfera în multe locuri este poluată la standardele maxime admise, aer curat devine rară; Practic nu există un singur metru pătrat de suprafață pe Pământ în care să nu existe elemente create artificial de om.

Cu începutul zboruri spațiale Problemele de mediu s-au mutat și în spațiul cosmic. Deșeurile nereciclate din activitățile spațiale umane se acumulează în spațiu, ceea ce devine, de asemenea, o problemă din ce în ce mai presantă. Chiar și pe Lună, astronauții americani au descoperit numeroase resturi și rămășițe de la sateliții artificiali Pământeni trimiși acolo la un moment dat de omenire. Putem vorbi deja despre problema ecologiei spațiale astăzi Problema influenței zborurilor spațiale asupra apariției găuri de ozonîn atmosfera Pământului.

A apărut o altă problemă necunoscută anterior - ecologie si sanatate umana. Poluarea atmosferei, hidrosferei și a solului

a dus la creșterea și modificarea structurii bolilor umane. Apar noi boli aduse de civilizație: alergice, radiații, toxice. În organism apar modificări genetice. Din cauza extrem de nefavorabile situația de mediuÎn marile orașe industriale, numărul bolilor căilor respiratorii superioare a crescut de multe ori. Ritmul extrem de ridicat al vieții și supraîncărcarea informațională au dus la faptul că curba bolilor cardiovasculare, neuropsihice și oncologice a făcut un salt brusc în sus.

Nocivitatea atitudinii de consumator a omului față de natură doar ca obiect pentru obținerea anumitor bogății și beneficii devine complet evidentă. Pentru omenirea de astăzi, este vital să schimbe atitudinea față de natură și, în cele din urmă, față de ea însăși.

Ce sunt modalităţi de rezolvare a problemelor de mediu^.În primul rând, trebuie să trecem de la o abordare consumeristă, tehnocratică a naturii la o căutare a armonie cu ea. Pentru aceasta, în special, sunt necesare o serie de măsuri specifice ecologizarea producției: utilizarea tehnologiilor și producției ecologice, evaluarea de mediu obligatorie a noilor proiecte și, în mod ideal, crearea de tehnologii cu ciclu închis fără deșeuri, care sunt inofensive atât pentru natură, cât și pentru sănătatea umană. Este nevoie de un control inexorabil, strict asupra producției de alimente, care se realizează deja în multe țări civilizate.

În plus, este nevoie de grijă constantă pentru a menține echilibrul dinamic dintre natură și om. Omul nu trebuie doar să ia din natură, ci și să-i dea înapoi (plantarea pădurilor, piscicultură, organizarea de parcuri naționale, rezervații naturale etc.).

Cu toate acestea, măsurile enumerate și alte măsuri pot avea un efect tangibil doar dacă toate țările își unesc eforturile pentru a salva natura. Prima încercare de o asemenea unificare internațională a fost făcută la începutul acestui secol. În noiembrie 1913, prima întâlnire internațională pe probleme de mediu a avut loc în Elveția, cu participarea reprezentanților a 18 dintre cele mai mari țări din lume. În zilele noastre, formele interstatale de cooperare ating un nivel calitativ nou. Sunt încheiate concepte internaționale pentru protecția mediului

mediu, se desfășoară diverse dezvoltări și programe comune. Activitățile grupurilor „verzi” sunt active ( organizatii publice pentru protecția mediului – Greenpeace). Organizația internațională de mediu Green Cross și Green Crescent dezvoltă în prezent un program pentru a rezolva problema „găurilor de ozon” din atmosfera Pământului. Cu toate acestea, trebuie recunoscut faptul că, datorită nivelurilor foarte diferite de dezvoltare socio-politică a țărilor lumii cooperare internationalaîn sfera mediului este încă foarte departe de nivelul dorit și necesar.

O altă măsură care vizează îmbunătățirea relației dintre om și natură este auto-reținere rezonabilăîn cheltuieli resurse naturale, în special sursele de energie care sunt de cea mai mare importanță pentru viața omenirii. Calculele experților internaționali arată că, pe baza nivelului actual de consum, rezervele de cărbune vor dura 430 de ani, petrol 35 de ani, gaze naturale 50. Perioada, în special pentru rezervele de petrol, nu este atât de lungă. În acest sens, sunt necesare schimbări structurale rezonabile în balanța energetică globală pentru extinderea utilizării energiei nucleare, precum și căutarea unor surse de energie noi, eficiente, sigure și mai ecologice.

Un alt domeniu important de soluție problema de mediu este formarea în societate constiinta ecologica,înţelegerea naturii ca o altă fiinţă care nu poate fi dominată fără a se face rău. Educația pentru mediu și creșterea în societate ar trebui plasate la nivel de stat și efectuate încă din copilărie.

CU cu mare dificultate, făcând greșeli dureroase, omenirea devine treptat din ce în ce mai conștientă de necesitatea trecerii de la o atitudine de consumator față de natură la armonie cu ea.

Întrebări de revizuire

1. Care este diferența dintre conceptele: „materie vie”, „biosferă”, „biocenoză”, „biogeocenoză”?

2. Care este natura evoluției și dezvoltării biosferei? Care este esența învățăturii lui V.I Vernadsky despre biosferă și noosferă?

3. Care este esența conceptelor de determinism geografic? Ce este rațional în ele și ce este exagerat?

4. Care este relația dintre conceptele: „natură”, „mediu geografic”, „ mediu»?

5. Ce este tehnosfera? Care este rolul său în evoluția biosferei?

6. Cum se exprimă influența reciprocă a spațiului și a Pământului? Ce trăsături caracteristice au observat reprezentanții cosmismului rus în aceste relații?

7. Cum se exprimă relația contradictorie dintre om și natură?