Динамические и статистические закономерности в природе

Рассмотрим два типа физических явлений: механическое движение тел и тепловые процессы. В первом случае движение тел подчиняется законам Ньютона, законам классической механики.

Законы классической механики называются динамическими законами, тем самым подчеркивается, что движение происходит под действием тех или иных сил. Динамические законы имеют строго однозначный характер всех связей и зависимостей.

Зная начальное состояние механической системы, можно однозначно определить ее последующие состояния. Динамические закономерности не допускают какой-либо неопределенности системы.

Динамические законы действуют во всех автономных малозависимых от внешней среды системах с относительно малым количеством входящих в них элементов (например, характер движения планет Солнечной системы).

Во второй половине XIX в. наряду с динамическими получили широкое развитие так называемые статистические методы исследования в pядe разделов физики.

Классическим примером является статистическое рассмотрение тепловых, термодинамических процессов. В данном случае рассматриваемая система, в отличие от динамической, включает огромное число отдельных элементов.

Например полное число молекул газовой системы. И здесь рассматривается не движение каждой отдельно взятой молекулы, а лишь вероятностные ее характеристики.

Используя теорию вероятностей, теорию случайных событий, можно определить усредненные характеристики всей системы и установить статистические закономерности поведения всей системы.

Примером может служить установление статистической закономерности между температурой газа Т и кинетической энергией совокупности молекул системы в молекулярно-кинетической теории газа.

Статистические закономерности действуют во всех неавтономных, сильно зависящих от внешней среды системах с большим количеством элементов.

При статистических закономерностях данное состояние системы определяет все ее последующие состояния не однозначно, а лишь с определенной вероятностью.

В классической термодинамике в основном рассматриваются изолированные системы, которые не обмениваются с внешней средой энергией. Именно для таких систем установлен закон возрастания энтропии. Этот закон имеет простое статистическое толкование.

Действительно, как было показано выше, энтропия изолированной, то есть предоставленной самой себе, системы, не может убывать. С другой стороны, очевидно, что предоставленная самой себе система будет переходить из менее вероятного состояние в более вероятное.

Таким образом, энтропия и вероятность состояний изолированной системы ведут себя сходным образом: они могут либо возрастать, либо оставаться неизменными.

В последние годы широкое развитие получили исследования в области термодинамики неизолированных, так называемых открытых систем, то есть систем, которые обмениваются энергией и веществом с внешним миром.

Такими системами, в частности, являются биологические системы, например, клетки живых организмов. Для таких систем энтропия может как возрастать, так и убывать.

В изолированных системах естественные процессы идут в направлении от упорядоченных структур к неупорядоченным, то есть от порядка к беспорядку, хаосу. И в этом смысле говорят, что энтропия есть мера хаоса.

Для неизолированных, открытых систем эволюция, например, живых организмов ведет от менее совершенных к более совершенным организмам, от меньшего порядка в природе к большему порядку, и в этих системах энтропия может не увеличиваться, а уменьшаться.

Узнай цену консультации

"Да забей ты на эти дипломы и экзамены!” (дворник Кузьмич)