 |
Возрастание энтропии. Физика монстров. Ходьба на двух ногах
|
|
|
|
Возрастание энтропии
Второе начало термодинамики часто формулируется как возрастание энтропии. На первый взгляд энтропия представляет собой весьма расплывчатое понятие. Попросту говоря, это мера беспорядка и хаоса в системе. В вашем теле, например, энтропия намного меньше, чем просто в наборе химических веществ, из которых оно состоит, потому что организм обладает структурой. А вот в комнате подростка энтропия достаточно велика. Чем больше беспорядка, тем выше энтропия. На самом деле энтропия — это не описательное понятие, а статистическая единица измерения. Она выражается в количестве способов, с помощью которых можно организовать различные элементы системы.
Если взять, к примеру, буквы, напечатанные на этой странице, то существует лишь один способ расставить их в таком порядке, чтобы получились именно те слова, которые вы читаете. Бесчисленное множество других вариантов расстановки не приведет к желаемому результату. Поэтому в данном случае энтропия мала, но, согласно второму началу термодинамики, для этого требуется затратить много энергии. Буквы не сами по себе сложились в слова. Мне пришлось немало потрудиться, чтобы их написать. Большой труд вложили также редакторы и печатники. Любые опечатки, пропуски букв и другие погрешности вносят беспорядок в текст и тем самым повышают энтропию.
Представляется совершенно логичным, что энтропия возрастает. Например, чашка чая, стоящая на столе, характеризуется более высоким уровнем порядка, чем осколки той же чашки, разбросанные по полу. Повысить энтропию очень просто: достаточно лишь уронить чашку. Но зато практически невозможно понизить ее уровень, собрав все осколки воедино и воссоздав из них целую чашку.
|
|
|
Идея возрастания энтропии использовалась как аргумент против сторонников естественной эволюции жизни на Земле. Земля родилась из хаотичного набора молекул и постепенно развилась в относительно высокоорганизованную планету, на которой обитают различные формы жизни. Кое‑ кто склонен полагать, что это доказывает вмешательство Творца, который создал порядок из хаоса. Однако в данном случае мы имеем дело с неверным пониманием второго начала термодинамики, в соответствии с которым энтропия возрастает (или остается прежней) только в замкнутых системах, без притока энергии извне. Но наша планета не является замкнутой системой. Мы получаем колоссальное количество энергии от Солнца, и второе начало здесь неприменимо.
Физика монстров
Связь между энтропией и развитием жизни — это не единственный пример влияния базовых законов физики на живые существа. У вашего организма нет никаких проблем с законами физики (если не считать того, что отдельные участки кожи с возрастом начинают обвисать под действием силы тяготения). Но когда мы имеем дело с монстрами, ситуация существенно меняется. К таким монстрам, порожденным нашей фантазией, чаще всего относятся пауки и насекомые огромных размеров. Что будет, если такой безжалостный убийца, как паук, вырастет до размеров, при которых его добычей вполне может стать человек? Но лучше задуматься над тем, почему мы никогда не встречались с такими чудовищами. Почему они не выросли до таких размеров, которые позволили бы им завоевать весь мир? Вспомните громадных муравьев из фильма ужасов 1950‑ х годов «Они! » или гигантских пауков из «Властелина колец» и «Гарри Поттера».
Если подобные монстры являются вам в ночных кошмарах, можете успокоиться. Они не могут существовать. Представьте себе, что мы увеличили паука в 100 раз. Какой ужас! Это значит, что он стал в 100 раз шире, а его ноги — в 100 раз длиннее. Если мы разрежем такую ногу поперек, то площадь среза будет в 10 000 (100 × 100) раз больше, чем у обычного паука.
|
|
|
А что с весом? Вес зависит от объема, следовательно, такой паук будет в 1 000 000 (100 × 100 × 100) раз тяжелее. А это значит, что увеличившийся в миллион раз вес должны будут поддерживать ноги, ставшие толще лишь в 10 тысяч раз. Этот паук сразу же рухнет под собственным весом.
Нечто подобное произошло бы и с любым млекопитающим (включая человека), но у пауков и насекомых при увеличении размеров возникает еще одна проблема. Они дышат всей поверхностью кожи. Ее площадь при увеличении размеров в 100 раз увеличится лишь в 10 тысяч раз. Для снабжения туши, ставшей в миллион раз тяжелее, просто не хватит кислорода. Такой огромный паук умрет от удушья сразу же после того, как у него сломаются ноги. Так что причин для страха нет.
Ходьба на двух ногах
Вернемся к телу человека. На первый взгляд наши средства передвижения устроены проще, чем у паука. Ведь ему приходится одновременно управлять работой восьми ног, чтобы не запутаться в них и не споткнуться. Разумеется, при наличии всего двух ног нам нужно осваивать относительно меньше необходимых двигательных навыков. Но у нас возникает другая проблема.
Две ноги представляют собой весьма неустойчивую опору. Чтобы это понять, достаточно лишь взглянуть на малыша, который пытается делать первые шаги. Разница здесь примерно такая же, как езда на трехколесном и двухколесном велосипеде. Когда мы впервые садимся на двухколесный велосипед, поддержание равновесия дается нам с большим трудом. То же самое испытывает и тот, кто учится ходить на двух ногах. Для этого требуются постоянная практика и большие затраты энергии. Фактически ходьба на двух ногах представляет собой непрерывный процесс падения вперед, но мы вовремя успеваем подставить очередную ногу, чтобы не рухнуть на землю.
|
|
|
