Четверг, 23.11.2017, 10:36
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту



Главная » Статьи » История. Философия

ЭНТРОПИЯ — ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ФАНТОМ?

В.А.Рыбин, доктор философских наук, профессор

ЭНТРОПИЯ — ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ФАНТОМ?

В современном научно-теоретическом мышлении неуклонно актуализируется вопрос о формировании новой универсальной онтологии, способной преодолеть доминирующую ныне объект-субъектную онтологическую и методологическую парадигму классического естествознания. Понятие энтропии является одним из его основополагающих концептов, а феномен энтропии воспринимается сегодня как безусловно достоверный факт. Между тем последовательное рассмотрение социокультурных условий включения данного понятия в арсенал науки даёт основания рассматривать его как выдвинутое с целью преодоления мировоззренческих и социальных противоречий эпохи зрелого индустриального общества теоретическое допущение, которое, будучи не осознано в таком качестве, выступает как фантом научного сознания.

Ключевые слова: энтропия, онтология, наука, культура, человек, история, термодинамика, энергия, мировоззрение, общество.

 
В научно-теоретическом сознании начала XXI в. всё более отчётливо определяется запрос на формирование новой универсальной онтологии, способной преодолеть привычное противопоставление естественнонаучного и социально-гуманитарного познания. Новая онтология безусловно нуждается и в новой методологии, которая выражала бы продуктивную альтернативу доминирующей ныне методологии классического естествознания с его жёсткой субъект-объектной оппозицией. С этой точки зрения ставшее уже привычным выделение классической и неклассической (а иногда и пост- неклассической: В. С. Степин) науки не является достаточно продуктивным не только по причине того, что оно носит региональный — внутринаучный — характер, но и потому, что в науке продолжает доминировать методология естествознания, воспроизводящая указанную оппозицию если не прямым, то косвенным образом.

В этих условиях возникает потребность подвергнуть более пристальному рассмотрению некоторые фундаментальные характеристики естествознания, которые с некоторого времени обрели статус непоколебимых, недоступных критике постулатов, но которые, возможно, являют собой лишь ограниченные духом времени теоретические допущения.

Представляется, что одним из таких постулатов является «энтропия». Что мы и попытаемся показать далее. При этом, дабы не вступать в рискованные теоретические споры со специалистами-естественниками, в качестве основного материала критического рассмотрения выберем два авторитетных учебных пособия — классический «Курс истории физики» П. С. Кудрявцева [1], по которому уже в течение десятилетий обучаются отечественные школьные педагоги, а следовательно, формируется и картина мира в массовом сознании, и относительно новый учебник «Концепции современного естествознания» Т. Я. Дубнищевой [2]. На страницах этих книг, как это и надлежит учебникам, положения высокой теории вступают во взаимодействие с обыденным сознанием и тем самым проверяются на прочность не во внутритео- ретическом отношении, а в плане соответствия реальности, способности обслуживать потребности повседневной жизни. В процессе изложения сначала приведём некоторые фундаментальные положения из названных пособий, а затем перейдём к их критическому осмыслению; с этого момента ссылки на цитируемые источники станут необходимыми.

Энтропия (греч. — поворот, превращение) — понятие, характеризующее направленность процессов в самопроизвольно функционирующих системах по линии утраты их упорядоченности и снижения уровня организации. Данное понятие было выработано в рамках классической термодинамики и представляет собой уточняющую формулировку её второго закона.

Первое начало термодинамики — это закон превращения и сохранения энергии: иными словами, «энергия сохраняется». Но энергия интересна не сама по себе, а как мера работы, вследствие чего возникает вопрос об её источниках. И практический опыт, и теоретические исследования, проводимые в течение всего XIX в., показали, что для совершения любой работы необходим резервуар энергии; одновременно возник и вопрос о направленности опосредуемых энергией процессов. На эти вопросы и отвечает второе начало термодинамики, содержание которого сводится к следующему. Количество энергии в замкнутых системах сохраняется, но по мере расходования она постепенно утрачивает способность производить работу, пока наконец не преобразуется в низшую форму — в теплоту, благодаря чему системы приходят к равновесию с внешней средой, а затем распадаются. Мерой такого неуклонно наступающего равновесия, то есть утраты способности производить работу, и является энтропия, само понятие которой в 1865 г. выдвинул Р. Клаузиус. Все системы в мире, включая и саму Вселенную, неуклонно наращивают энтропию и тем самым движутся к распаду. В общем «часть энергии не превращается в работу и безвозвратно теряется».

В дальнейшем понятие энтропии получило разработку в рамках статистической физики (Л. Больцман и Д. Гиббс), где она была истолкована с молекулярной точки зрения: энтропия стала рассматриваться как мера неупорядоченности микрочастиц, составляющих систему. С этой точки зрения увеличение энтропии является показателем её неупорядоченности, неорганизованности; для снижения энтропии необходимо внешнее воздействие в форме притока энергии.

Новейший этап внедрения понятия энтропии в научное сознание связан с возникновением кибернетики, теории систем и теории информации. Формулу Больцмана, выработанную в статистической физике для вероятностного подсчёта энтропии, Л. Бриллюэн предложил использовать в целях подсчёта количества информации: он обосновал зависимость, согласно которой «количество информации определяется величиной снижения энтропии (неопределённости) в принимающей системе». Так, энтропия стала мерой недостатка информации, свидетельствующей о недостаточной организованности системы, тогда как новая, отрицательная по отношению к энтропии величина — негэнтропия — стала, наоборот, мерой её организованности.

Таким образом, к середине XX в. концепт энтропии окончательно сложился. Однако вместе с этим накопились и претензии по поводу сопровождающих его парадоксов.

Прежде всего малопонятным остаётся связанное с энтропией истолкование причины потери рабочей силы энергии: она связывается не с убыванием самой энергии, а с нарастанием некоего субстрата, характеризующего нарастание её отсутствия. Это выглядит странно, как если бы отсутствию денег давалось объяснение типа «у меня избыток дефицита денег»!

Далее — вытекающее из самого понятия энтропии утверждение о неизбежности «тепловой смерти Вселенной»: если Вселенная является замкнутой системой, то все процессы в ней совершаются по линии снижения качества энергии, уменьшения способности включённых в неё систем производить работу, то есть «Вселенная остывает». В свете подобной установки мир уподобляется неуклонно распадающемуся Единому неоплатоников, которое движется к неизбежной гибели.

Основным возражением против подобной тенденции является совершенно необъяснимый с точки зрения второго начала термодинамики факт существования жизни на Земле. Больцман попытался противопоставить этому противоречию положение о статистически возможном, хотя и крайне маловероятном, фактически случайном характере возникновения жизни. Но данный аргумент не только не ликвидирует перспективу безрадостного финала, но и невольно заставляет рассматривать жизнь как начало, фатально способствующее движению к нему: «Специфика живого организма как раз в том, что он поддерживает себя на сравнительно высоком уровне негэнтропии за счёт убывания её в окружающей среде <.. > Но это ускоряет процессы возрастания энтропии во Вселенной в целом» [2. С. 782-783].

Следующая группа противоречий связана с понятиями упорядоченности и организованности. Согласно второму началу термодинамики, чем значительнее замедляется тепловое движение в системе, тем больше она упорядочивается, тогда как энтропия при этом снижается: «Например, при конденсации газа энтропия системы убывает, так как молекулы размещаются более упорядоченно» [Там же. С. 351]. Но тогда выходит, что кристалл является более организованной системой, нежели растение, что окись железа (ржавчина) более организована, чем чистое железо, что труп более организован, нежели живое существо, и так далее.

Иная группа парадоксов затрагивает положение, согласно которому информация — это носитель негэнтропии, то есть энтропия с обратным знаком. Между тем нарастание энтропии, то есть деструкция системы, как мы все знаем, происходит самопроизвольно, тогда как наращивание её организованности требует усилий, энергетических затрат. Поэтому равенства между нарастанием организованности и её утратой нет не только в направленности и качестве этих процессов (первые являются восхождением, вторые — угасанием, деградацией), но и в количественных показателях задействованных при этом энергетических величин.

И, наконец, главный аргумент против абсолютизации феномена энтропии — сам принцип существования жизни, живых систем, которые, как показал Эрвин Бауэр (1935), «никогда не бывают в равновесии и исполняют за счёт своей свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии» [3. С. 143]. То есть живые организмы далеко не в полной мере подчиняются законам термодинамики — они частично следуют первому её началу (энергия в живых системах в самом деле сохраняется), но полностью отрицают второе, а вместе с ним и энтропию (они живут, непрерывно наращивая свою организованность и потребление энергии, то есть снижая энтропию). «Законы термодинамики сохраняют при этом своё значение, но проявляются в совершенно иной форме и не могут быть применены к живым системам непосредственно, без учёта этих особых законов и особого состояния и строения живой материи» [Там же. С. 163-164].

Наличие перечисленных парадоксов заставляет поставить вопрос: в самом ли деле энтропия является таким безусловно заслуживающим полного доверия феноменом, как утверждается? Ведь наблюдая несомненный факт потери части энергии при работе, мы лишь совершаем умозаключение, но отнюдь не фиксируем какую-то реальную субстанцию. Не является ли энтропия подобием таких псевдофеноменов, как «флогистон», «теплород» или «жизненная сила», которые в истории науки сначала исправно обслуживали научную теорию и практику, но потом, при более глубоком проникновении в суть исследуемых процессов, были переведены в ранг теоретических фантомов? В качестве примера можно привести эпициклы Птолемея, которые, будучи приняты в совершенно ложной с нынешней точки зрения геоцентрической модели мироздания, тем не менее исправно обслуживали практические потребности мореплавателей и путешественников на протяжении почти полутора тысяч лет.

Из опыта науки известно, что подобного рода заблуждения преодолеваются более конкретизированным и одновременно более объёмным рассмотрением «проблемных» феноменов, включением их в контекст более обширных процессов [4]. Осуществим подобный опыт и в отношении к энтропии, проследив не только основные вехи выработки данного понятия, но историю его становления в социокультурном контексте и условия его закрепления в научном дискурсе.
Среди творцов классической термодинамики, со становлением которой связано появление понятия энтропии, следует назвать Р. Майера, Д. Джоуля, Р. Клаузиуса, В. Томсона (Кельвина), Г. Гельмгольца и других, но у истоков этой науки стоит французский теоретик Сади Карно, в 1820-х гг. сформулировавший принцип работы идеальной тепловой машины. Это было время промышленной революции и начала широкого внедрения достижений науки в производство. В теоретической термодинамике тепловая машина Карно рассматривается как изолированная система, действующая на основе сжигания топлива и использующая возникающий при этом градиент температур для преобразования его в силу пара с целью производства работы.

Термодинамическую модель Карно обычно расценивают как продукт синтеза чистого естественнонаучного и технического мышления, безотносительно к социальным и антропологическим предпосылкам её создания. Однако, если вдуматься, любая машина создаётся для того, чтобы заменить людей, точнее, на место их физической и мускульной силы поставить техническое устройство, приводимое в действие самыми разными природными источниками энергии — тепловыми, химическими, электромагнитными, ядерными. То есть за всеми машинами и их моделями в конечном счёте всегда стоит подменяемый ими человек, причём в качестве агента либо тяжёлой трудовой, либо не столь тяжёлой, но всё равно рутинной, стереотипной — «механической» — деятельности, которую с таким же успехом могут выполнять животные («лошадиные силы») или простейшие автоматы. Такое положение было неизбежным в эпоху энергетической «нехватки», включая и времена Карно, когда КПД лучших паровых машин не превышал 5-6 %, что закономерно закрепляло человека в положении инструмента, орудия, средства, функции и пр., то есть потребляющего энергию двигательного ресурса.

В своих разработках Карно пришёл к выводу о сохранении неизменности некоей внутренней субстанции, выступающей двигательным источником при всех её превращениях, и сформулировал его следующим образом: «Движущая сила существует в природе в неизменном количестве; она, собственно говоря, никогда не создаётся, никогда не уничтожается; в действительности она меняет форму, то есть вызывает то один род движения, то другой, но никогда не исчезает» [Цит. по: 1. С. 199]. Данное положение позднее было определено как закон сохранения и превращения энергии, суть которого сводится к постулату «энергия сохраняется» [2. С. 201], хотя формулировки могут быть различными — «энергия никуда не теряется» [5. С. 152], «теплота и механическая работа эквивалентны» [6. С. 106], «сумма существующих в системе напряжённых сил и живых сил постоянна» [1. С. 212], «сумма всей энергии (потенциальной и кинетической) во Вселенной остаётся неизменной» [Там же. С. 225]. Все эти положения вполне соответствовали уровню тогдашней европейской культуры, в значительной степени ещё земледельческой и традиционной, энергетический статус которой поддерживался самым примитивным способом — посредством сжигания извлекаемых из природы полезных ископаемых, воспроизводство социума и человека осуществлялось в согласии с правилом «сколько вложил — столько и получил», а в качестве краеугольного камня научного мировоззрения выступал «закон сохранения неизменной субстанции» [7], то есть действовал принцип равенства эквивалентов.

Явное расхождение между этими положениями и производственно-технической практикой эпохи паровых машин, в которых огромная часть тепловой энергии не превращается в работу (то есть вполне очевидным образом не сохраняется, а теряется), долгое время не вызывало попыток устранить его посредством какого-либо объяснения. Объяснение совсем не случайно появилось позднее, в период открытия новых по генезу энергетических источников — электромагнитных, несравненно более мощных, нежели сила пара, и в новом виде — в образе второго начала термодинамики, утверждение которого в науке растянулось почти на полвека и завершилось закреплением в ней концепта энтропии. Второе начало, как первое, существует в различных формулировках — «переход от более холодного тела к более тёплому не может иметь место без компенсации» (Клаузиус) [1. С. 221], «невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы поднятие груза за счёт охлаждения теплового резервуара» (Кельвин) [2. С. 206], «в материальном мире существует в настоящее время общая тенденция к расточению механической энергии» (Кельвин) [1. С. 224]; есть и другие, но смысл их всех в конечном счёте состоит в том, чтобы, дав объяснение потерям энергии при работе и в новых, изменившихся условиях подтвердив неизменность действенности закона сохранения субстанции, доказать справедливость правила «сколько вложил — столько и получил» и тем самым заново обосновать принцип равенства эквивалентов.

Последнее обстоятельство представляется на первый взгляд необъяснимым, ибо новый опыт, связанный с электротехникой, со стремительно расширяющимся с середины XIX в. применением сил электромагнетизма в промышленном производстве, казалось, должен был бы вполне убедительным образом опровергнуть и закон неизменности субстанции, и закон сохранения энергии, и принцип равенства эквивалентов: внедряя в производство динамомашины, путём сравнительно незначительных тепловых и механических затрат оказалось возможным получать океан электричества, легко переводимого снова в механическую работу, но значительно большей мощности, нежели исходная. Тем не менее опровержения не произошло — принцип сохранения энергии в виде равенства эквивалентов («тепло, полученное системой, идёт на приращение её внутренней энергии и на производство внешней работы» [2. С. 206]) остался в неизменности.

В чём тут дело? Попробуем дать объяснение этому парадоксу с социокультурных позиций, поскольку и термодинамика, и всё современное естествознание отказываются видеть тут какое-либо противоречие.

С открытием новых, фактически неисчерпаемых источников энергии перед деятелями науки встала необходимость выбора между двумя вариантами: либо признать факт овладения новыми энергетическими ресурсами, безусловно превосходящими по мощности прежние и на этой основе позволяющими ликвидировать энергетическую «нехватку», избавив человеческое большинство от тяжёлой рутинной работы, высвободив его для какой-то иной функции, более соответствующей бытийному статусу «человека разумного», нежели выполнение функций, которые способны осуществлять животные и машины (но одновременно поставить под вопрос как общественное устройство, базирующееся на слабом овладении силами природы, на обусловленном этим обстоятельством энергетическом голоде и на вытекающем отсюда «инструментальном» использовании человека, так и всю культуру с её ценностями, нацеленную в лучшем случае на воспроизводство сложившихся стереотипов, которые ограничивают людей рамками физического выживания и материальных потребностей), либо, напротив, подыскать обоснование тому обстоятельству, что и в условиях ликвидации энергетической «нехватки», «инструментальное» использование человека всё-таки должно сохраняться и в дальнейшем, то есть каким-то образом подвести теоретическую базу под невозможность создания технических устройств, функционирующих по какому-то иному принципу, нежели маломощная, работающая за счёт энергии сжигаемого топлива «идеальная» машина Карно (но одновременно сохранить существующий тип воспроизводства культуры вместе с соответствующими ему способами миропонимания и взаимоотношения людей). Учёные мужи выбрали второй вариант и выдвинули второе начало термодинамики, суть которого сводится к положению «энергия теряется». Дабы преодолеть логическое противоречие с первым началом, гласящим «энергия сохраняется», сначала было выдвинуто утверждение, что сохраняется она в адиабатических условиях, гарантирующих изолированность системы [Там же. С. 189]. А когда было осознано, что поддержание адиабатических условий само требует затрат энергии, нарушая тем самым принцип эквивалентности, Клаузиус в 1865 г., в разгар электродинамической революции XIX в., и вводит в теорию «флогистоноподобную» сущность под названием «энтропия», которая, давая внешне правдоподобное объяснение потере энергии в реальных процессах, одновременно позволяла довольно убедительно обосновать невозможность выведения человечества из состояния энергетической «нехватки», а человека — из положения средства и функции! Правда, при этом она требовала умозаключать, что «энтропия замкнутой системы может только возрастать» [Там же. С. 215], что «энтропия Вселенной стремится к максимуму» [1. С. 226], что, следовательно, доминирующим началом в мире является распад, что возникновение жизни представляет собой не более чем гигантское отклонение, которое неизбежно будет ликвидировано, поскольку Вселенная вместе с невероятной аномалией — разумной жизнью на Земле — обречена на «тепловую смерть», но зато оправдывала status quo — существующее положение.

В этом же русле в 1873 г. Максвелл сформулировал закон сохранения мощности, согласно которому мощность потока, поступающего из среды в объект, равна сумме мощности, поглощённой объектом (то есть связанной с работой), и мощности, излучаемой им обратно в среду (то есть связанной с потерями) [8. С. 14]. При этом потеря энергии, выступавшая у Клаузиуса как бы с внутренней стороны — в виде энтропии, у Максвелла обрела внешнее выражение — предстала как неиспользованный системой ресурс, в форме отходов сбрасываемый в среду. Круг замкнулся, допущение стало неотличимым от реальности.

Интерпретации причины «убывания энергии», которые давались и Клаузиусом, и Максвеллом, и другими физиками того времени, были приняты наукой, поскольку их объяснение того факта, что энергия системы неизбежно теряется, позволяло принципам сохранения субстанции и равенства эквивалентов, на которых базируется классическое естествознание, удерживать видимость достоверности. С того момента все сомнения в существовании энтропии уже отметаются как бездоказательные. И всё же энтропия это не факт, а умозаключение, причём не в полной мере обоснованное, ибо, как было показано, имеется немало оснований рассматривать его в качестве следствия неосознаваемой мировоззренческой предпосылке и даже социального заказа. Кроме того, оно может быть оспорено с точки зрения нефизических разделов научного знания, в частности наук о живом. Совокупные данные современного естествознания вообще позволяют утверждать, что все системы, а не только живые, взаимодействуют друг с другом в процессе обмена энергией и веществом, восходящие и нисходящие (созидающие и разрушающие) потоки которых, обусловливая друг друга, постоянно нарушают принцип равенства эквивалентов и отрицают закон неизменности субстанции. Жизнь — это эволюция по линии наращивания масштабов производства и переработки энергии: «Вполне оправданно считать организацию живых систем основным критерием прогресса их эволюции, а основным критерием степени их организации — эффективность использования энергии» [9. С. 108]. С этой точки зрения даже гибель живого организма или вида, которую иногда приводят в качестве доказательства наличия энтропии, представляет собой не продукт её нарастания, как гласят постулаты термодинамики, а результат ненадлежащего уровня внешней активности и внутренней организованности этих систем, следствием чего выступает недостаточная эффективность форм их взаимодействия с внешней средой, неспособность превратить эту среду «своё иное», извлечь разлитую в ней энергию. В целом энергетическая сторона эволюционных процессов находит своё объяснение в способах манипулирования с конкретным энергетическим субстратом, а не с фантомом его отсутствия, в образе энтропии выдаваемым за нечто реальное.

Изложенное выше позволяет сделать вывод, что и «неизменность субстанции», и «сохранение энергии замкнутых систем», и «равенство эквивалентов при обмене», и «тепловая смерть Вселенной», как и все подобного рода умозаключения, вытекающие из признания энтропии в качестве субстратного феномена, представляют собой теоретические абстракции, порождённые ограниченностью мировоззренческого кругозора исторически конкретной культуры, эксплуатирующей стереотипно-репродуктивные способности человека, неспособной выйти за пределы соответствующих мировоззренческих стереотипов и обосновывающей вытекающую отсюда и проявляющуюся в череде глобальных кризисов собственную теоретическую и практическую непродуктивность концептом «неизбежного нарастания энтропии», включённым в состав иллюзий современного теоретического мышления. Опыт освобождения от одной из них с целью методологической «расчистки» подходов к созданию новой онтологии и был предпринят в данной работе.

 
Список литературы

1. Кудрявцев, П. С. Курс истории физики / П. С. Кудрявцев. — М. : Просвещение, 1982. — 448 с.
2. Дубнищева, Т. Я. Концепции современного естествознания / Т. Я. Дубнищева. — Новосибирск : Изд-во ЮКЭА, 1997. — 832 с.
3. Бауэр, Э. С. Теоретическая биология / Э. С. Бауэр. — СПб. : Росток, 2002. — 352 с.
4. Кедров, Б. М. Лавуазье — великий преобразователь химии / Б. М. Кедров // Кедров, Б. М. Проблемы логики и методологии науки / Б. М. Кедров. — М. : Наука, 1990. — С. 83-107.
5. Хеллман, Хал. Великие противостояния в науке : пер. с англ. / Хал. Хеллман. — М. : Вильямс, 2007. — 320 с.
6. Карцев, В. П. Тысячелетия энергетики / В. П. Карцев, П. М. Хазановский. — М. : Знание, 1984. — 224 с.
7. Сорвин, К. В. Культура как рефлексивная система / К. В. Сорвин // Теоретическая культурология. — М. : Акад. проект, 2005. — C. 143-151.
8. Гвардейцев, М. И. Математическое обеспечение управления. Меры развития общества / М. И. Гвардейцев, П. Г. Кузнецов, В. Я. Розенберг. — М. : Радио и связь, 1986. — 176 с.
9. Югай, Г. А. Общая теория жизни: (диалектика формирования) / Г. А. Югай. — М. : Мысль, 1985. — 256 с.

Вестник Челябинского государственногоуниверситета. 2016. № 10 (392).
Философские науки. Вып. 42.

Категория: История. Философия | Добавил: x5443 (05.06.2017)
Просмотров: 89 | Теги: энтропия | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2017 Обратная связь