Ученые исследуют принцип максимума производства энтропии

08:30, 11 марта 2020

Физики хотят понять, действительно ли Вселенная пытается хаотизировать и разрушить мир нашими руками

Гипотеза «принципа максимума производства энтропии» появилась в середине XX века. Фото: Илья Сафаров.

Одна из наиболее популярных гипотез современной космологии говорит, что наша Вселенная — часть Мультивселенной, скопления множества вселенных. Из одной квантовой флуктуации бурлящего вакуума произошел Большой взрыв, так возникла наша Вселенная. Ее зародыш рос и развивался, а конечной точкой этого процесса будет распад и переход в исходное состояние, из которого появилась Вселенная.

Эту эволюцию описывает фундаментальный и универсальный Второй закон термодинамики. Он гласит, что с течением времени энтропия, то есть мера неопределенности, беспорядка, хаоса самопроизвольно возрастает. В середине ХХ века появилась гипотеза, что энтропия не просто растет, а с максимально возможной скоростью. Система с наибольшей вероятностью выбирает тот путь, который быстрее остальных ведет к беспорядку. Эта гипотеза получила название «принципа максимума производства энтропии».

«20 лет назад я познакомился с этой идеей, увлекся ею и предпринял литературный поиск — как принцип максимума производства энтропии проявляет себя в разных областях науки. Обнаружилось, что одни ученые применяли его для описания скорости химических реакций, другие объясняли им процессы роста кристаллов, третьи с его помощью прогнозировали климатические явления и так далее. Но о работах друг друга они не знали, и целостной научной картины не существовало», — рассказывает профессор кафедры технической физики ФТИ УрФУ Леонид Мартюшев.

Ученый совместно с коллегой собрал и обобщил разрозненные примеры; результаты работы представлены в статье «Принцип максимума производства энтропии в физике, химии и биологии» в Phisical Reports (авторитетный журнал с импакт-фактором более 28). Cтатья привлекла большое внимание, многократно цитировалась и обсуждалась в научных работах, а также на международных конференциях.

За прошедшие с тех пор почти полтора десятка лет накопились новые данные о приложении принципа максимума производства энтропии. Сегодня он используется в прикладных расчетах и прогнозировании всевозможных свойств при неравновесных процессах в материаловедении, теплофизике и гидродинамике. У принципа максимума производства энтропии есть и онтологическая сторона.

«Сегодня часто слышны призывы ограничить потребление энергии, сократить добычу нефти, снизить выбросы вредных веществ, чтобы предотвратить глобальное потепление и связанные с ним природные и социальные катастрофы. Однако на нашей планете как в составной части Вселенной действует принцип максимума производства энтропии. Если мы — продукт эволюции, следствие природных законов, возможно, Вселенная создала нас, чтобы нашими руками как можно скорее хаотизировать и разрушить этот мир, как можно скорее вернуться в свое первородное состояние. И если мы сопротивляемся и отказываемся выполнять эту функцию, не выберет ли природа другой путь и других исполнителей в своем развитии?» — размышляет ученый.

Новые данные профессор Мартюшев планирует суммировать в обзорной статье «Принцип максимума производства энтропии: история возникновения и современное состояние». Исследование поддержал Российский фонд фундаментальных исследований.

«Данная тема популярна за рубежом, но русскоязычных материалов по ней практически нет. Поэтому публикация статьи в российском научном журнале, с одной стороны, будет способствовать знакомству с этой темой русскоязычных ученых, а с другой — приведет к повышению международного рейтинга этого журнала», — комментирует Леонид Мартюшев.