Drugi zakon termodinamike. Spontani prijenos topline s hladnog tijela na toplo je nemoguć. (1) Prijenos energije iz hladnog u toplo

• · Clausiusov postulat: “Ne postoji proces čiji bi jedini rezultat bio prijenos topline s hladnijeg tijela na toplije”(ovaj proces se zove Clausiusov proces).
• · Thomsonov (Kelvinov) postulat: “Ne postoji kružni proces čiji bi jedini rezultat bila proizvodnja rada hlađenjem spremnika topline”(ovaj proces se zove Thomsonov proces).

Ekvivalentnost ovih formulacija je lako pokazati. Doista, pretpostavimo da je Clausiusov postulat pogrešan, odnosno da postoji proces čiji bi jedini rezultat bio prijenos topline s hladnijeg tijela na toplije. Zatim uzmemo dva tijela s različitim temperaturama (grijač i hladnjak) i izvršimo nekoliko ciklusa toplinskog stroja, uzimajući toplinu od grijača, predajući je hladnjaku i obavljajući rad

Nakon toga koristimo Clausiusov proces i vraćamo toplinu iz hladnjaka u grijač. Kao rezultat toga, ispada da smo posao obavili samo zbog oduzimanja topline grijaču, odnosno Thomsonov postulat također nije točan.

S druge strane, pretpostavimo da je Thomsonov postulat pogrešan. Tada hladnijem tijelu možete oduzeti dio topline i pretvoriti ga u mehanički rad. Taj se rad može pretvoriti u toplinu, na primjer, pomoću trenja, zagrijavajući toplije tijelo. Dakle, netočnost Clausiusovog postulata slijedi iz netočnosti Thomsonovog postulata.

Dakle, postulati Clausiusa i Thomsona su ekvivalentni.

Druga formulacija drugog zakona termodinamike temelji se na konceptu entropije:

· „Entropija izoliranog sustava ne može se smanjivati“ (zakon neopadajuće entropije).

Takva se formulacija temelji na ideji entropije kao funkcije stanja sustava, što također mora biti postulirano.

Drugi zakon termodinamike u aksiomatskoj formulaciji Rudolfa Julija Klauzija (R. J. Clausius, 1865.) ima sljedeći oblik:

Za bilo koji kvazi-ravnotežni termodinamički sustav postoji funkcija termodinamičkog stanja s jednom vrijednošću

naziva se entropija, tako da njezin ukupni diferencijal

U stanju s maksimalnom entropijom makroskopski ireverzibilni procesi (a proces prijenosa topline je uvijek ireverzibilan zbog Clausiusovog postulata) nisu mogući.

Ograničenja izvođenja formule za entropijski diferencijal koju je dao Clausius leže u pretpostavci da je plin idealan, čija svojstva dovode do postojanja integrirajućeg faktora. Taj je nedostatak otklonio Carathéodory u svom djelu O temeljima termodinamike (1909). Carathéodory je smatrao da se skup stanja može postići adijabatski (tj. bez izmjene topline s okolinom). Jednadžba koja opisuje takav skup ovih stanja u diferencijalnom obliku je Pfaffijev oblik. Koristeći uvjete integrabilnosti za Pfaffove forme poznate iz analize, Carathéodory je došao do sljedeće formulacije drugog zakona:

· U blizini bilo kojeg stanja sustava postoje stanja koja nisu dosegljiva adijabatskim putem.

Takva izjava ne ograničava sustave koji se pokoravaju drugom zakonu termodinamike samo na idealne plinove i tijela sposobna završiti zatvoreni ciklus u interakciji s njima. Fizičko značenje Carathéodoryjeva aksioma ponavlja Clausiusovu formulaciju.

Drugi zakon povezan je s pojmom entropije, koja je mjera kaosa (ili mjera reda). Drugi zakon termodinamike kaže da se za svemir kao cjelinu entropija povećava.

Postoje dvije klasične definicije drugog zakona termodinamike:

Kelvin i Planck

Ne postoji ciklički proces koji izvlači određenu količinu topline iz rezervoara na određenoj temperaturi i tu toplinu u potpunosti pretvara u rad. (Nemoguće je izgraditi povremeni stroj koji ne radi ništa osim podizanja tereta i hlađenja spremnika topline.)

· Clausius

Ne postoji proces čiji je jedini rezultat prijenos topline s manje zagrijanog tijela na toplije. (Nemoguć je kružni proces čiji bi jedini rezultat bila proizvodnja rada hlađenjem toplinskog rezervoara)

Obje definicije drugog zakona termodinamike oslanjaju se na prvi zakon termodinamike, koji kaže da energija opada.

Zakon održanja i transformacije energije (prvi zakon termodinamike) u načelu ne zabranjuje takav prijelaz, sve dok je količina energije sačuvana u istom volumenu. Ali u stvarnosti se to nikada ne događa. Upravo ta jednostranost, jednosmjernost preraspodjele energije u zatvorenim sustavima naglašava drugi princip.

Kako bi se odrazio ovaj proces, u termodinamiku je uveden novi koncept - entropija. Entropija se shvaća kao mjera poremećaja sustava. Preciznija formulacija drugog zakona termodinamike imala je sljedeći oblik: "U spontanim procesima u sustavima koji imaju konstantnu energiju, entropija uvijek raste."

Fizičko značenje povećanja entropije svodi se na činjenicu da izolirani (s konstantnom energijom) sustav koji se sastoji od određenog skupa čestica nastoji prijeći u stanje s najmanje uređenim gibanjem čestica. To je najjednostavnije stanje sustava, odnosno stanje termodinamičke ravnoteže, u kojem je kretanje čestica kaotično. Maksimalna entropija znači potpunu termodinamičku ravnotežu, što je ekvivalent potpunom kaosu.

Ukupni rezultat je prilično tužan: nepovratan smjer procesa pretvorbe energije u izoliranim sustavima prije ili kasnije će dovesti do pretvorbe svih vrsta energije u toplinsku energiju, koja će se raspršiti, tj. u prosjeku će biti ravnomjerno raspoređeni među svim elementima sustava što će značiti termodinamička ravnoteža, ili potpuni kaos. Ako je naš Svemir zatvoren, onda ga čeka takva nezavidna sudbina. Iz kaosa, kako su tvrdili stari Grci, rođeno je, u kaos, kako sugerira klasična termodinamika, i vratit će se.

Istina, postavlja se zanimljivo pitanje: ako Svemir evoluira samo prema kaosu, kako bi onda mogao nastati i organizirati se do sadašnjeg uređenog stanja? Međutim, klasična termodinamika nije postavljala to pitanje, jer je nastala u doba kada se o nestacionarnoj prirodi Svemira nije niti raspravljalo. U to vrijeme jedina tiha zamjerka termodinamici bila je Darwinova teorija evolucije. Uostalom, proces razvoja biljnog i životinjskog svijeta, pretpostavljen ovom teorijom, karakterizirao je kontinuiranim usložnjavanjem, rastom visine organizacije i reda. Divljina je iz nekog razloga težila dalje od termodinamičke ravnoteže i kaosa. Tako očita "nedosljednost" u zakonima razvoja nežive i žive prirode bila je u najmanju ruku iznenađujuća.

Ovo se iznenađenje mnogostruko povećalo nakon zamjene modela stacionarnog Svemira modelom Svemira u razvoju,

u kojoj je bilo jasno vidljivo rastuće kompliciranje organizacije materijalnih objekata – od elementarnih i subelementarnih čestica u prvim trenucima nakon Velikog praska do trenutno promatranih zvjezdanih i galaktičkih sustava. Uostalom, ako je princip povećanja entropije toliko univerzalan, kako su mogle nastati tako složene strukture? Oni se više ne mogu objasniti nasumičnim "perturbacijama" ravnotežnog Svemira kao cjeline. Postalo je jasno da je za održavanje konzistentnosti opće slike svijeta potrebno postulirati prisutnost materije općenito ne samo destruktivne, već i kreativne tendencije. Materija je sposobna izvršiti rad protiv termodinamičke ravnoteže, samoorganizirati i samosložiti.

Treba napomenuti da je postulat o sposobnosti materije za samorazvoj uveden u filozofiju dosta davno. Ali njegova potreba za temeljnim prirodnim znanostima (fizika, kemija) počinje se ostvarivati ​​tek sada. U jeku ovih problema, sinergija- teorija samoorganizacije. Njegov razvoj započeo je prije nekoliko desetljeća, a trenutno se razvija u nekoliko područja: sinergetika (G. Haken), neravnotežna termodinamika (I. Prigozhy) itd. Ne ulazeći u detalje i nijanse razvoja ovih područja, okarakterizirat će opće značenje složenih ideja koje razvijaju, nazivajući ih sinergijskim (termin G. Hakena).

Glavna svjetonazorska promjena koju je proizvela sinergetika može se izraziti na sljedeći način:

a) procesi destrukcije i stvaranja, degradacije i evolucije u Svemiru su u najmanju ruku ravnopravni;

b) procesi stvaranja (povećanja složenosti i uređenosti) imaju jedan algoritam, bez obzira na prirodu sustava u kojima se provode.

Dakle, sinergetika tvrdi da otkriva određeni univerzalni mehanizam kojim se provodi samoorganizacija kako u živoj tako iu neživoj prirodi. Pod samoorganizacijom se misli spontani prijelaz otvorenog neravnotežnog sustava iz manje u složenije i uređenije oblike organizacije. Iz ovoga proizlazi da objekt sinergetike nikako ne može biti bilo koji sustav.

mi, ali samo oni koji zadovoljavaju najmanje dva uvjeta:

a) moraju biti otvoreni, tj. razmjenjivati ​​materiju ili energiju s okolinom;

b) također moraju biti značajno neravnotežni, tj. biti u stanju daleko od termodinamičke ravnoteže.

Ali to je upravo ono što je većina sustava za koje znamo. Izolirani sustavi klasične termodinamike svojevrsna su idealizacija, u stvarnosti su takvi sustavi iznimka, a ne pravilo. Teže je s cijelim Svemirom kao cjelinom - ako ga smatramo otvorenim sustavom, što onda može poslužiti kao njegovo vanjsko okruženje? Moderna fizika vjeruje da je vakuum takav medij za naš materijalni Svemir.

Dakle, sinergetika tvrdi da se razvoj otvorenih i izrazito neravnotežnih sustava odvija kroz povećanje složenosti i reda. Postoje dvije faze u razvojnom ciklusu takvog sustava:

1. Razdoblje glatkog evolucijskog razvoja s dobro predvidljivim linearnim promjenama, koje na kraju dovode sustav u neko nestabilno kritično stanje.

2. Izlazak iz kritičnog stanja odjednom, nagli i prijelaz u novo stabilno stanje s većim stupnjem složenosti i reda.

Važna značajka: prijelaz sustava u novo stabilno stanje je dvosmislen. Postigavši ​​kritične parametre, sustav iz stanja jake nestabilnosti, takoreći, “pada” u jedno od mnogih za njega mogućih novih stabilnih stanja. U ovoj točki (naziva se točka bifurkacije) evolucijski put sustava se takoreći račva, a koja će se grana razvoja odabrati odlučuje slučaj! Ali nakon što je “izbor napravljen” i sustav prijeđe u kvalitativno novo stabilno stanje, više nema povratka. Ovaj proces je nepovratan. A iz toga, usput, proizlazi da je razvoj takvih sustava fundamentalno nepredvidiv. Moguće je izračunati opcije grananja za evoluciju sustava, ali koja će od njih biti slučajno odabrana ne može se jednoznačno predvidjeti.

Najpopularniji i najilustrativniji primjer formiranja struktura sve veće složenosti je dobro proučen fenomen u hidrodinamici nazvan Benardove stanice. Kada se tekućina u okrugloj ili pravokutnoj posudi zagrijava, između njezinih donjih i gornjih slojeva nastaje određena temperaturna razlika (gradijent). Ako je gradijent mali, tada se prijenos topline događa na mikroskopskoj razini i nema makroskopskog kretanja. Međutim, kada dosegne određenu kritičnu vrijednost, u tekućini se iznenada (skočno) pojavljuje makroskopsko gibanje koje formira jasno definirane strukture u obliku cilindričnih stanica. Gledano odozgo, takav makro poredak izgleda kao stabilna stanična struktura, slična saću.

Ovaj svima dobro poznati fenomen je apsolutno nevjerojatan sa stajališta statističke mehanike. Uostalom, to ukazuje da se u trenutku nastanka Benardovih stanica milijarde molekula tekućine, kao po naredbi, počinju ponašati usklađeno, koordinirano, iako su prije toga bile u potpuno kaotičnom kretanju. Čini se da svaka molekula "zna" što sve ostale rade i želi se kretati u zajedničkoj formaciji. (Sama riječ "sinergetika", inače, znači samo "zajedničko djelovanje".) Klasični statistički zakoni ovdje očito ne rade, radi se o fenomenu drugog reda. Uostalom, čak i kad bi slučajno nastala takva “ispravna” i stabilno “kooperativna” struktura, što je gotovo nevjerojatno, odmah bi se srušila. Ali ne raspada se uz održavanje odgovarajućih uvjeta (dotok energije izvana), već je stabilno očuvan. To znači da pojava takvih struktura sve veće složenosti nije slučajnost, već obrazac.

Čini se da će potraga za sličnim procesima samoorganizacije u drugim klasama otvorenih neravnotežnih sustava biti uspješna: mehanizam laserskog djelovanja, rast kristala, kemijski sat (reakcija Belousov-Zhabotinsky), formiranje živog organizma, populacijske dinamike, tržišne ekonomije i konačno, u kojoj kaotično djelovanje milijuna slobodnih jedinki dovodi do stvaranja stabilnih i

složene makrostrukture – sve su to primjeri samoorganizacije sustava vrlo različite prirode.

Sinergetska interpretacija takvih fenomena otvara nove mogućnosti i smjerove njihova proučavanja. U generaliziranom obliku, novost sinergetskog pristupa može se izraziti u sljedećim pozicijama:

Kaos nije samo destruktivan, nego i kreativan, konstruktivan; razvoj se provodi kroz nestabilnost (kaotičnost).

Linearna priroda evolucije složenih sustava, na koju je klasična znanost navikla, nije pravilo, nego prije iznimka; razvoj većine ovih sustava je nelinearan. A to znači da za složene sustave uvijek postoji nekoliko mogućih putova evolucije.

Razvoj se odvija slučajnim izborom jedne od nekoliko dopuštenih mogućnosti daljnje evolucije u točkama bifurkacije. Stoga slučajnost nije nesretan nesporazum, ona je ugrađena u mehanizam evolucije. To također znači da trenutni put evolucije sustava možda neće biti bolji od onih koji su odbačeni nasumičnim odabirom.

Sinergetika dolazi iz fizikalnih disciplina – termodinamike, radiofizike. Ali njezine su ideje interdisciplinarne. Oni pružaju osnovu za globalnu evolucijsku sintezu koja se odvija u prirodnoj znanosti. Stoga se sinergetika smatra jednom od najvažnijih sastavnica suvremene znanstvene slike svijeta.

2.3.3. Opće konture suvremene prirodoslovne slike svijeta

Svijet u kojem živimo sastoji se od višestrukih otvorenih sustava, čiji je razvoj podložan određenim općim obrascima. Istodobno, ima svoju dugu povijest, koja je opće poznata suvremenoj znanosti.

Evo kronologije najvažnijih događaja ove priče 1:

20 milijardi godina natrag - Big bang

3 minute kasnije - formiranje materijalne osnove Svemira (fotoni, neutrini i antineutrini s primjesom jezgri vodika, helija i elektrona).

Nakon nekoliko stotina - pojava atoma (lakih elemenata tisuću godine Drug).

Prije 19-17 milijardi godina - formiranje struktura različitih razmjera (galaksija).

Prije 15 milijardi godina - pojava zvijezda prve generacije, formiranje atoma teških elemenata.

Prije 5 milijardi godina - rođenje Sunca.

Prije 4,6 milijardi godina – nastanak Zemlje.

Prije 3,8 milijardi godina - nastanak života.

Prije 450 milijuna godina - pojava biljaka.

Prije 150 milijuna godina - pojava sisavaca.

Prije 2 milijuna godina - početak antropogeneze.

Naglašavamo da moderna znanost ne poznaje samo "datume", već u mnogočemu i same mehanizme evolucije Svemira od Velikog praska do danas. Ovo je fantastičan rezultat. Štoviše, najveći prodori u tajne povijesti svemira napravljeni su u drugoj polovici našeg stoljeća:

predložen je i potkrijepljen koncept Velikog praska, konstruiran je kvarkov model atoma, utvrđene su vrste temeljnih međudjelovanja i konstruirane prve teorije njihova objedinjavanja itd. Obraćamo pažnju prije svega na uspjehe fizike i kozmologije, jer upravo te temeljne znanosti tvore opće konture znanstvene slike svijeta.

Slika svijeta koju crta moderna prirodna znanost neobično je složena i jednostavna u isto vrijeme. Teško jer može zbuniti osobu koja je navikla na dogovor

1 Vidi: Filozofija i metodologija znanosti. - M.: Aspect Press, 1996. - S. 290.

zdravorazumske klasične znanstvene ideje. Ideje o početku vremena, korpuskularno-valni dualizam kvantnih objekata, unutarnja struktura vakuuma sposobna proizvoditi virtualne čestice - ove i druge slične inovacije daju trenutnoj slici svijeta pomalo "ludi" izgled. (Međutim, ovo je prolazno: nekada je, uostalom, i ideja da je Zemlja sferična izgledala potpuno "ludo".)

Ali u isto vrijeme, ova slika je veličanstveno jednostavna, vitka i negdje čak i elegantna. Te su mu kvalitete uglavnom dane vodećim načelima koja smo već razmotrili za konstrukciju i organizaciju modernog znanstvenog znanja:

Dosljednost,

globalni evolucionizam,

samoorganizacija,

Povijesnost.

Ova načela izgradnje znanstvene slike svijeta kao cjeline odgovaraju temeljnim zakonima postojanja i razvoja same Prirode.

Dosljednost znači znanstvenu reprodukciju činjenice da se vidljivi svemir čini najvećim od svih sustava koji su nam poznati, a koji se sastoji od ogromne raznolikosti elemenata (podsustava) različitih razina složenosti i reda.

"Sustav" se obično shvaća kao vrsta uređenog skupa međusobno povezanih elemenata. Sustavni učinak nalazi se u pojavi novih svojstava u cjelovitom sustavu koja nastaju kao rezultat međudjelovanja elemenata (atomi vodika i kisika, na primjer, spojeni u molekulu vode, radikalno mijenjaju svoja uobičajena svojstva). Druga važna karakteristika organizacije sustava je hijerarhija, subordinacija - dosljedno uključivanje nižih sustava u sustave sve viših razina.

Sistemski način kombiniranja elemenata izražava njihovo temeljno jedinstvo: zbog hijerarhijske uključenosti sustava različitih razina jednog u drugi, svaki element bilo kojeg sustava povezan je sa svim elementima svih mogućih sustava. (Na primjer: čovjek - biosfera - planet Zemlja -

Sunčev sustav – Galaksija, itd.) To je temeljno jedinstven karakter koji nam pokazuje svijet oko nas. Znanstvena slika svijeta i prirodna znanost koja je stvara organizirana je na isti način. Svi njezini dijelovi sada su usko međusobno povezani - sada praktički više nema "čiste" znanosti, sve je prožeto i transformirano fizikom i kemijom.

Globalni evolucionizam- ovo je priznanje nemogućnosti postojanja Svemira i svih manjih sustava koje on stvara bez razvoja, evolucije. Razvojna priroda Svemira također svjedoči o temeljnom jedinstvu svijeta, čiji je svaki sastavni dio povijesna posljedica globalnog evolucijskog procesa započetog Velikim praskom.

samoorganizacija- to je uočena sposobnost materije na samokomplikaciju i stvaranje sve uređenijih struktura tijekom evolucije. Mehanizam prijelaza materijalnih sustava u složenije i uređenije stanje naizgled je sličan za sustave svih razina.

Ove temeljne značajke suvremene prirodoslovne slike svijeta uglavnom određuju njezin opći nacrt, kao i sam način organiziranja raznolikih znanstvenih spoznaja u nešto cjelovito i dosljedno.

Međutim, ima još jednu značajku koja ga razlikuje od prethodnih verzija. Sastoji se u prepoznavanju povijesnost, i posljedično, temeljna nepotpunost stvarna, i svaka druga znanstvena slika svijeta. Ovaj koji sada postoji generiran je kako prethodnom poviješću tako i specifičnim sociokulturnim značajkama našeg vremena. Razvoj društva, promjena njegovih vrijednosnih orijentacija, svijest o važnosti proučavanja jedinstvenih prirodnih sustava, u koje je i sam čovjek uključen kao sastavni dio, mijenja kako strategiju znanstvenog istraživanja tako i odnos čovjeka prema svijetu.

Ali svemir se također razvija. Naravno, razvoj društva i Svemira odvija se u različitim tempo-ritmovima. Ali njihovo međusobno nametanje čini ideju stvaranja konačne, cjelovite, apsolutno istinite znanstvene slike svijeta praktički neostvarivom.

Dakle, pokušali smo uočiti neka temeljna obilježja suvremene prirodno-znanstvene slike svijeta. Ovo je samo njegov opći nacrt, nakon čega se može pristupiti detaljnijem upoznavanju specifičnih pojmovnih inovacija suvremene prirodne znanosti. O njima ćemo govoriti u sljedećim poglavljima.

Pregled pitanja

1. Zašto se znanost pojavljuje tek u VI-IV stoljeću. PRIJE KRISTA uh, ne ranije? Koje su karakteristike znanstvenog znanja?

2. Što je bit načela krivotvorenja? Kako on radi?

3. Navedite kriterije razlikovanja teorijske i empirijske razine znanstvene spoznaje. Kakvu ulogu ima svaka od ovih razina u znanstvenom znanju?

5. Što je paradigma?

6. Opišite sadržaj prirodoslovne revolucije kasnog XIX - početka XX stoljeća.

7. “Ovaj svijet je bio obavijen dubokom tamom. Neka bude svjetlost! I evo dolazi Newton. Ali Sotona nije dugo čekao na osvetu. Došao je Einstein - i sve je postalo kao prije. (S. Ya. Marshak)

Nad kojim obilježjem znanstvenog znanja autor ironizira?

8. Što je bit načela globalnog evolucionizma? Kako se manifestira?

9. Opišite glavne ideje sinergetike. Koja je novost sinergetskog pristupa?

10. Navedite glavne značajke suvremene prirodoslovne slike svijeta.

Književnost

1. Knyazeva E.N., Kurdyumov S.P. Zakoni evolucije i samoorganizacije složenih sustava. - M.: Nauka, 1994.

2. Kuznetsov V.I., Idlis G.M., Gutina V.N. Prirodna znanost. - M.: Agar, 1996.

3. Kuhn T. Struktura znanstvenih revolucija. - M.: Napredak 1975.

4. Lakatoš I. Metodologija znanstvenoistraživačkih programa // Questions of Philosophy. - 1995. - br. 4.

5. Rovinsky R.E. Svemir u razvoju. - M., 1995.

6. Moderno filozofija znanosti. - M.: Logos, 1996.

7. Stepin V. S., Gorokhov V. G., Rozov M. A. Filozofija znanosti i tehnologije. - M.: Gardarika, 1996.

8. Filozofija i metodologija znanosti. - M.: Aspect Press 1996.

_________________________________

7.3.5. Noosfera. Učenje V. I. Vernadskog o noosferi

Ogroman utjecaj čovjeka na prirodu i velike posljedice njegovih aktivnosti poslužili su kao osnova za stvaranje

učenja o noosfera. Pojam "noosfera" (grč. kakica5-mind) doslovno se prevodi kao sfera uma. Prvi put ga je u znanstveni promet uveo francuski znanstvenik 1927. godine E. Leroy. Zajedno s Teilhard de Chardin smatrao je noosferu nekom vrstom idealne formacije, izvanbiosferske ljuske misli koja okružuje Zemlju.

Brojni znanstvenici predlažu korištenje drugih pojmova umjesto pojma "noosfera": "tehnosfera", "antroposfera", "psihosfera", "sociosfera" ili ih koristiti kao sinonime. Čini se da je ovaj pristup vrlo kontroverzan, budući da postoji određena razlika između navedenih pojmova i pojma "noosfera".

Također treba napomenuti da doktrina noosfere još nema potpuni kanonski karakter, koji bi se mogao uzeti kao neka vrsta bezuvjetnog vodiča za djelovanje. Nauk o noosferi također je formuliran u djelima jednog od njezinih utemeljitelja V. I. Vernadskog. U njegovim radovima mogu se pronaći različite definicije i ideje o noosferi, koje su se, štoviše, mijenjale tijekom života znanstvenika. Vernadsky je počeo razvijati ovaj koncept od početka 30-ih. nakon detaljnog razvoja učenja o biosferi. Shvaćajući ogromnu ulogu i važnost čovjeka u životu i transformaciji planeta, V. I. Vernadsky koristi pojam "noosfere" u različitim značenjima: 1) kao stanje planeta, kada osoba postaje najveća transformativna geološka sila; 2) kao područje aktivnog ispoljavanja znanstvene misli; 3) kao glavni čimbenik restrukturiranja i promjene biosfere.

Vrlo važno u učenju V. I. Vernadskog o noosferi bilo je to što je on prvi shvatio i pokušao sintetizirati prirodnih i društvenih znanosti pri proučavanju problema globalne ljudske aktivnosti, aktivnog restrukturiranja okoliša. Po njegovom mišljenju, noosfera je već kvalitativno drugačija, viša faza biosfere, povezana s radikalnom preobrazbom ne samo prirode, već i samog čovjeka. Ovo nije samo područje primjene ljudskog znanja na visokoj razini tehnologije. Za to je dovoljan koncept "tehnosfere". Govorimo o takvoj fazi u životu čovječanstva kada će se transformirajuća aktivnost čovjeka temeljiti na strogo znanstvenom i stvarno razumnom razumijevanju svih tekućih procesa i nužno će biti kombinirana s "interesima prirode".

Trenutno pod noosfera razumijeva se sfera međudjelovanja čovjeka i prirode, unutar koje razumna ljudska djelatnost postaje glavnim determinirajućim faktorom razvoja. U struktura noosfere mogu se razlikovati kao komponente čovječanstva, društvenih sustava, ukupnosti znanstvenih spoznaja, zbroja opreme i tehnologija u jedinstvu s biosferom. Skladna međusobna povezanost svih sastavnica strukture temelj je održivog postojanja i razvoja noosfere. .

Govoreći o evolucijskom razvoju svijeta, njegovom prijelazu u noosferu, utemeljitelji ove doktrine razilazili su se u razumijevanju suštine tog procesa. Teilhard de Chardin je govorio o postupnom prijelazu biosfere u noosferu, tj. "u carstvo uma, čija je evolucija podložna umu i volji čovjeka", postupno izglađujući poteškoće između čovjeka i prirode.

Kod V. I. Vernadskog susrećemo drugačiji pristup. U njegovoj doktrini biosfere, živa tvar transformira gornju ljusku Zemlje. Postupno se pojačava ljudska intervencija, čovječanstvo postaje glavna planetarna geološka tvorbena sila. Stoga (jezgra Vernadskyjeve doktrine noosfere) čovjek je izravno odgovoran za evoluciju planeta. Njegovo razumijevanje te teze potrebno je i za vlastiti opstanak. Spontanost razvoja učinit će biosferu neprikladnom za ljudsko stanovanje. U tom smislu, osoba treba mjeriti svoje potrebe sa mogućnostima biosfere. Utjecaj na njega mora se dozirati umom u tijeku evolucije biosfere i društva. Postupno se biosfera transformira u noosferu, gdje njezin razvoj dobiva kontrolirani karakter.

To je teška priroda evolucije prirode, biosfere, kao i složenost nastanka noosfere, određujući ulogu i mjesto čovjeka u njoj. V. I. Vernadsky više je puta naglašavao da čovječanstvo tek ulazi u to stanje. I danas, nekoliko desetljeća nakon znanstvenikove smrti, nema dovoljno razloga govoriti o stabilnoj inteligentnoj ljudskoj aktivnosti (odnosno da smo već dosegli stanje noosfere). I tako će biti barem dok čovječanstvo ne riješi globalne probleme planeta, uključujući i ekološke. Više o noosferi

govore kao o idealu kojem osoba treba težiti.

7.4. Odnos prostora i životinjskog svijeta

Zbog međusobne povezanosti svega postojećeg, kozmos aktivno utječe na najrazličitije procese života na Zemlji.

VI Vernadsky je, govoreći o čimbenicima koji utječu na razvoj biosfere, među ostalim istaknuo i kozmički utjecaj. Tako je naglasio da bez svemirskih tijela, posebice bez Sunca, život na Zemlji ne bi mogao postojati. Živi organizmi pretvaraju kozmičko zračenje u zemaljsku energiju (toplinsku, električnu, kemijsku, mehaničku) u mjerilu koje određuje postojanje biosfere.

Švedski znanstvenik ukazao je na značajnu ulogu kozmosa u nastanku života na Zemlji. Nobelovac S. Arrhenius. Po njegovom mišljenju, unošenje života na Zemlju iz svemira bilo je moguće u obliku bakterija zahvaljujući kozmičkoj prašini i energiji. V. I. Vernadsky nije isključio mogućnost pojave života na Zemlji iz svemira.

Utjecaj svemira na procese koji se odvijaju na Zemlji (na primjer, Mjesec na plimu i oseku, pomrčine Sunca) primijetili su ljudi u davna vremena. Međutim, stoljećima se veza između kozmosa i Zemlje češće shvaćala na razini znanstvenih hipoteza i nagađanja, pa čak i izvan okvira znanosti. Tome su uvelike pridonijele ograničene ljudske sposobnosti, znanstvena baza i dostupni alati. U XX Tijekom stoljeća znanje o utjecaju svemira na Zemlju značajno se povećalo. I to je zasluga ruskih znanstvenika, prvenstveno predstavnika ruski kosmizam - A. L. Čiževski, K. E. Ciolkovski, L. N. Gumiljov, V. I. Vernadski i drugi.

A. L. Čiževski je u mnogočemu uspio razumjeti, ocijeniti i identificirati razmjere utjecaja kozmosa, a prije svega Sunca, na zemaljski život i njegove manifestacije. O tome rječito svjedoče naslovi njegovih radova: “Fizički faktori povijesnog procesa”, “Zemaljski odjek sunčevih oluja” itd.

Znanstvenici su dugo obraćali pozornost na manifestacije sunčeve aktivnosti (pjege, baklje na njegovoj površini, izbočine). Ta se aktivnost, pak, pokazala povezanom s elektromagnetskim i drugim fluktuacijama u svjetskom prostoru. A. L. Chizhevsky, nakon brojnih znanstvenih istraživanja iz astronomije, biologije i povijesti, došao je do zaključka da Sunce i njegova aktivnost imaju vrlo značajan utjecaj na biološke i društvene procese na Zemlji (“Fizički čimbenici povijesnog procesa”).

Godine 1915. 18-godišnji A. L. Chizhevsky, koji je predano proučavao astronomiju, kemiju i fiziku, skrenuo je pozornost na sinkronizam nastanka sunčevih pjega i istovremenog intenziviranja neprijateljstava na frontama Prvog svjetskog rata. Akumulirani i generalizirani statistički materijal omogućio mu je da ovu studiju učini znanstvenom i uvjerljivom.

Smisao njegovog koncepta, utemeljenog na bogatoj činjeničnoj građi, bio je dokazati postojanje kozmičkih ritmova i ovisnost biološkog i društvenog života na Zemlji o pulsu svemira. K. E. Tsiolkovsky ovako je ocijenio rad svog kolege: “Mladi znanstvenik pokušava otkriti funkcionalnu vezu između ponašanja čovječanstva i fluktuacija aktivnosti Sunca, te izračunima odrediti ritam, cikluse i razdoblja tih promjena. i fluktuacije, stvarajući tako novu sferu ljudskog znanja. Sve ove široke generalizacije i smjele misli Čiževski prvi put iznosi, što im daje veliku vrijednost i pobuđuje interes. Ovo je djelo primjer spajanja različitih znanosti na monističkoj osnovi fizičke i matematičke analize” 1 .

Tek mnogo godina kasnije, misli i zaključci A. L. Čiževskog o utjecaju Sunca na zemaljske procese potvrđeni su u praksi. Brojna promatranja pokazala su nepobitnu ovisnost masovnih izbijanja neuropsihijatrijskih i kardiovaskularnih bolesti kod ljudi tijekom periodičnih ciklusa sunčeve aktivnosti. Prognoze takozvanih "loših dana" za zdravlje ovih su dana uobičajene.

Zanimljiva je ideja Čiževskog da magnetski poremećaji na Suncu, zbog jedinstva Kozmosa, mogu ozbiljno utjecati na problem zdravlja državnih čelnika. Uostalom, na čelu većine vlada u mnogim zemljama su sredovječni ljudi. Ritmovi koji se javljaju na Zemlji iu svemiru, naravno, utječu na njihovo zdravlje i dobrobit. To je posebno opasno u uvjetima totalitarnih, diktatorskih režima. A ako su na čelu države nemoralni ili mentalno hendikepirani pojedinci, onda njihove patološke reakcije na kozmičke perturbacije mogu dovesti do nepredvidivih i tragičnih posljedica kako za narode svojih zemalja, tako i za cijelo čovječanstvo u uvjetima kada mnoge zemlje posjeduju moćno oružje uništenje.

Posebno mjesto zauzima izjava Čiževskog da Sunce značajno utječe ne samo na biološke, već i na društvene procese na Zemlji. Društveni sukobi (ratovi, pobune, revolucije), prema A. L. Chizhevsky, uvelike su određeni ponašanjem i aktivnošću našeg svjetiljke. Prema njegovim proračunima, tijekom minimalne sunčeve aktivnosti postoji minimum masovnih aktivnih društvenih manifestacija u društvu (oko 5%). Tijekom vrhunca solarne aktivnosti njihov broj doseže 60%.

Mnoge ideje A. L. Čiževskog našle su svoju primjenu u području svemirskih i bioloških znanosti. Potvrđuju neraskidivo jedinstvo čovjeka i kozmosa, ukazuju na njihov bliski međusobni utjecaj.

Vrlo originalne bile su svemirske ideje prvog predstavnika ruskog kozmizma N. F. Fedorova. Polagao je velike nade u budući razvoj znanosti. Upravo će ona, prema N.F. Fedorovu, pomoći osobi da produži svoj život, au budućnosti ga učiniti besmrtnim. Preseljenje ljudi na druge planete zbog velike akumulacije postat će nužna stvarnost. Svemir je za Fedorova aktivno polje ljudske aktivnosti. Sredinom XIX stoljeća. predložio je vlastitu verziju kretanja ljudi u svemiru. Prema misliocu, za to će biti potrebno ovladati elektromagnetskom energijom globusa, što će omogućiti reguliranje njegovog kretanja u svjetskom prostoru i pretvoriti Zemlju u svemirsku letjelicu ("zemaljski rover") za letove u svemir. U

K. E. Ciolkovskog. Također posjeduje niz originalnih filozofskih ideja. Život je, prema Tsiolkovskom, vječan. “Nakon svake smrti događa se ista stvar - raspršenje ... Uvijek smo živjeli i uvijek ćemo živjeti, ali svaki put u novom obliku i, naravno, bez sjećanja na prošlost ... Komad materije je podložan bezbrojni niz života, iako razdvojenih velikim vremenskim intervalima..." 1 . U tome je mislilac vrlo blizak hinduističkim učenjima o seobi duša, kao i Demokritu.

1 Tsiolkovsky K.E.

Tako Tsiolkovsky zamišlja tehnologiju “humanitarne pomoći”. "Perfect World" brine o svemu. Na drugim, niže razvijenim planetima, podržava ga i potiče "samo dobro". “Svako skretanje prema zlu ili patnji pažljivo se ispravlja. Koji put? Da, selekcijom: loši, ili oni koji skrenu prema lošem, ostaju bez potomstva... Snaga savršenih prodire na sve planete, na sva moguća mjesta života i posvuda. Ta su mjesta naseljena vlastitom zrelom vrstom. Nije li ovo kao da vrtlar uništi sve neupotrebljive biljke na svojoj zemlji i ostavi samo najbolje povrće! Ako intervencija ne pomogne, a ne predviđa se ništa osim patnje, tada se cijeli živi svijet bezbolno uništava...” 1 .

\ Tsiolkovsky K.E. Dekret. op. - S. 378-379.

U budućnosti, prema planovima Fedorova, čovjek će ujediniti sve svjetove i postati "planetarni inženjer". Time će se posebno blisko očitovati jedinstvo čovjeka i kozmosa.

Ideje N. F. Fedorova o preseljenju ljudi na druge planete razvio je briljantni znanstvenik u području raketne znanosti K. E. Ciolkovskog. Također posjeduje niz originalnih filozofskih ideja. Život je, prema Tsiolkovskom, vječan. “Nakon svake smrti događa se ista stvar - raspršenje ... Uvijek smo živjeli i uvijek ćemo živjeti, ali svaki put u novom obliku i, naravno, bez sjećanja na prošlost ... Komad materije je podložan bezbrojni niz života, iako razdvojenih velikim vremenskim intervalima..." 1 . U tome je mislilac vrlo blizak hinduističkim učenjima o seobi duša, kao i Demokritu.

Na temelju temeljno dijalektičke ideje o univerzalnom životu, posvuda i uvijek postojećem kroz pokretne i vječno žive atome, Ciolkovski je pokušao izgraditi integralni okvir "kozmičke filozofije".

Znanstvenik je vjerovao da život i inteligencija na Zemlji nisu jedini u Svemiru. Istina, on je kao dokaz koristio samo tvrdnju da je Svemir neograničen, i to je smatrao sasvim dovoljnim. Inače, "koje bi bilo značenje Svemira da nije ispunjen organskim, inteligentnim, osjećajnim svijetom?" Na temelju usporedne mladosti Zemlje, zaključuje da je život mnogo savršeniji na drugim "starijim planetima" 2 . Štoviše, aktivno utječe na druge razine života, uključujući i zemaljski.

Ciolkovski je u svojoj filozofskoj etici čisto racionalistički i dosljedan. Uzdižući ideju stalnog poboljšanja materije do apsoluta, Tsiolkovsky vidi ovaj proces na sljedeći način. Svemir koji nema granica nastanjen je inteligentnim bićima različitih stupnjeva razvoja. Postoje planeti koji su po razvoju inteligencije i moći dostigli najvišu razinu i prednjače. Ovi "savršeni" planeti, prošli kroz sve muke evolucije i poznavajući svoju tužnu prošlost i prošlu nesavršenost,

" Tsiolkovsky K.E. Snovi zemlje i neba. - Tula: Pribl. knjiga. naklada, 1986. -S. 380-381 (prikaz, ostalo).

2 Tsiolkovsky K.E. Dekret. op. - S. 378-379.

moralno pravo regulirati život na drugim, dosad primitivnim planetima, kako bi spasili svoje stanovništvo od muka razvoja.

Tako Tsiolkovsky zamišlja tehnologiju “humanitarne pomoći”. "Perfect World" brine o svemu. Na drugim, niže razvijenim planetima ih“samo dobro” se podržava i potiče. “Svako skretanje prema zlu ili patnji pažljivo se ispravlja. Koji put? Da, selekcijom: loši, ili oni koji skrenu prema lošem, ostaju bez potomstva... Snaga savršenih prodire na sve planete, na sva moguća mjesta života i posvuda. Ta su mjesta naseljena vlastitom zrelom vrstom. Nije li ovo kao da vrtlar uništi sve neupotrebljive biljke na svojoj zemlji i ostavi samo najbolje povrće! Ako intervencija ne pomogne, a ne predviđa se ništa osim patnje, tada se cijeli živi svijet bezbolno uništava...” 1 .

K. E. Ciolkovski najdublje je od svojih suvremenika proučavao i obrađivao filozofski problemi istraživanja svemira. Smatrao je da Zemlja u Svemiru ima posebnu ulogu. Zemlja se odnosi na kasnije planete, "obećavajući". Samo će mali broj takvih planeta dobiti pravo na samostalan razvoj i muku, uključujući i Zemlju.

Tijekom evolucije, s vremenom će se formirati zajednica svih inteligentnih viših bića kozmosa. Prvo - u obliku unije onih koji nastanjuju najbliža sunca, zatim - unije zajednica, i tako dalje, ad infinitum, budući da je sam Svemir beskonačan.

Moralna, kozmička zadaća Zemlje je doprinos poboljšanju kozmosa. Svoju visoku misiju u poboljšanju svijeta Zemljani mogu opravdati samo napuštanjem Zemlje i odlaskom u svemir. Stoga Ciolkovski svoju osobnu zadaću vidi u tome da pomogne Zemljanima da organiziraju preseljenje na druge planete i njihovo naseljavanje diljem svemira. Naglasio je da je bit njegove kozmičke filozofije "u seobi sa Zemlje i naseljavanju Kosmosa". Zato izum rakete za Ciolkovskog nipošto nije bio cilj sam po sebi (kako neki vjeruju, videći u njemu samo raketnog znanstvenika), već metoda prodora u dubine svemira.

1 Tsiolkovsky K.E. Dekret. op. - S. 378-379.

Znanstvenik je vjerovao da mnogi milijuni godina postupno poboljšavaju prirodu čovjeka i njegovu društvenu organizaciju. Tijekom evolucije, ljudsko tijelo će doživjeti značajne promjene koje će osobu pretvoriti, u biti, u racionalnu "životinju-biljku", umjetno prerađujući sunčevu energiju. Time će se postići puni prostor za njegovu volju i neovisnost o okolini. Na kraju će čovječanstvo moći iskorištavati cijeli cirkumsolarni prostor i sunčevu energiju. S vremenom će se zemaljska populacija naseliti po cijelom cirkumsolarnom prostoru.

Ideje K. E. Tsiolkovskog o jedinstvu različitih svjetova prostora, njegovom stalnom usavršavanju, uključujući i samog čovjeka, o izlasku čovječanstva u svemir, sadrže važno filozofsko i humanističko značenje.

Danas se već javljaju praktični problemi utjecaja čovjeka na prostor. Dakle, u vezi s redovitim svemirskim letovima, postoji mogućnost nenamjernog unošenja živih organizama u svemir, posebice na druge planete. Brojne zemaljske bakterije mogu dugo izdržati najekstremnije temperature, zračenje i druge uvjete postojanja. Temperaturna amplituda postojanja u nekim vrstama jednostaničnih organizama doseže 600 stupnjeva. Nemoguće je predvidjeti kako će se ponašati u drugačijem nezemaljskom okruženju.

Trenutno ljudi počinju aktivno koristiti prostor za rješavanje specifičnih tehnoloških problema, bilo da se radi o uzgoju rijetkih kristala, zavarivanju i drugim poslovima. A svemirski sateliti odavno su prepoznati kao sredstvo prikupljanja i prijenosa raznih informacija.

7.5. Proturječja u sustavu: priroda-biosfera-čovjek

Odnos između prirode i društva ne može se promatrati izvan proturječja koja neizbježno nastaju i postoje između njih. Povijest suživota čovjeka i prirode jedinstvo je dviju tendencija.

Prvo, s razvojem društva i njegovih proizvodnih snaga, dominacija čovjeka nad prirodom stalno se i ubrzano širi. Danas se očituje već na planetarnoj razini. Drugo, proturječja i nesklad između čovjeka i prirode neprestano se produbljuju.

Priroda je, unatoč svoj bezbrojnoj raznolikosti svojih sastavnih dijelova, jedinstvena cjelina. Zato utjecaj osobe na odvojene dijelove izvana pokorne i miroljubive prirode u isto vrijeme ima utjecaja, štoviše, neovisno o volji ljudi, i na druge njegove komponente. Rezultati odgovora često su nepredvidivi i teško ih je predvidjeti. Osoba ore zemlju, pomažući rast biljaka koje su mu korisne, ali zbog pogrešaka u poljoprivredi, plodni sloj se ispire. Sječa šuma za obradivo zemljište lišava tlo dovoljno vlage, a kao rezultat toga, polja ubrzo postaju neplodna. Uništavanje predatora smanjuje otpornost biljojeda i pogoršava njihov genski fond. Ovakva "crna lista" lokalnih utjecaja čovjeka i odgovora prirode može se nastaviti unedogled.

Zanemarivanje cjelovite dijalektičke prirode prirode od strane čovjeka dovodi do negativnih posljedica kako za nju tako i za društvo. O tome je svojedobno dalekovidno zapisao F. Engels: “Nemojmo se, međutim, previše zavaravati našim pobjedama nad prirodom. Za svaku takvu pobjedu ona nam se sveti. Svaka od tih pobjeda, istina, prije svega ima posljedice koje smo očekivali, ali drugo i treće, sasvim drugačije, nepredviđene posljedice, koje vrlo često uništavaju posljedice onih prvih.

Praznine u općoj kulturnoj razini, ignoriranje generacija ljudi obrazaca i obilježja živog svijeta, nažalost, tužna je stvarnost i danas. Gorki dokaz koliko čovječanstvo tvrdoglavo ne želi učiti na vlastitim pogreškama mogu biti rijeke koje su nakon krčenja šuma postale plitke, zasoljene kao posljedica nepismenog navodnjavanja i postale neprikladne za poljoprivredu, suha mora (Aralsko more) itd.

Negativno i za prirodu i za društvo je neceremonijalno miješanje čovjeka u okoliš.

1 Marx K., Engels F. Op. T. 20. - S. 495.

okoliša danas, jer su njegove posljedice zbog visokog stupnja razvoja proizvodnih snaga često globalne prirode i rađaju globalne ekološke probleme.

Pojam "ekologija", prvi je upotrijebio njemački biolog E. Haeckel 1866. godine, označava znanost o odnosu živih organizama s okolišem. Znanstvenik je vjerovao da će se nova znanost baviti samo odnosom životinja i biljaka s njihovim okolišem. Međutim, govoreći danas o problemima ekologije (ovaj pojam čvrsto je ušao u naše živote 70-ih godina XX. stoljeća), zapravo mislimo na socijalna ekologija -znanost koja proučava probleme međudjelovanja društva i okoliša.

Danas se ekološka situacija u svijetu može opisati kao blizu kritične. Prva konferencija UN-a o okolišu 1972. godine službeno je izjavila prisutnost na Zemlji globalne ekološke krize cijele biosfere. Danas više ne postoje lokalni (regionalni), već globalno(u cijelom svijetu) ekološki problemi:

tisuće vrsta biljaka i životinja je uništeno i dalje se uništava; šumski pokrivač je u velikoj mjeri uništen; raspoložive zalihe minerala brzo se smanjuju; svjetski ocean ne samo da se iscrpljuje kao rezultat uništavanja živih organizama, već također prestaje biti regulator prirodnih procesa; atmosfera je na mnogim mjestima zagađena do maksimalno dopuštenih standarda, čisti zrak postaje rijedak; praktički nema niti jednog kvadratnog metra površine na Zemlji gdje se ne nalaze elementi koje je čovjek umjetno stvorio.

S početkom svemirskih letova problemi ekologije preselili su se u otvoreni svemir. U svemiru se gomila neiskorišteni otpad od ljudskih svemirskih aktivnosti, što također postaje sve akutniji problem. Čak su i na Mjesecu američki astronauti otkrili brojne fragmente i ostatke umjetnih Zemljinih satelita koje je tamo svojedobno poslalo čovječanstvo. Danas se već može govoriti o problemu svemirske ekologije.Pitanje utjecaja svemirskih letova na pojavu ozonskih rupa u Zemljinoj atmosferi nije riješeno.

Postojao je još jedan prethodno nepoznat problem - ekologije i zdravlja ljudi. Onečišćenje atmosfere, hidrosfere i tla

dovela do rasta i promjene strukture ljudskih bolesti. Postoje nove bolesti koje je donijela civilizacija: alergijske, radijacijske, toksične. Postoje genetske promjene u tijelu. Zbog izuzetno nepovoljne ekološke situacije u velikim industrijskim gradovima, broj bolesti gornjeg dišnog trakta višestruko se povećao. Izuzetno visoki ritam života i preopterećenost informacijama doveli su do činjenice da je krivulja kardiovaskularnih, neuropsihičkih i onkoloških bolesti naglo skočila.

Postaje posve očito da je potrošački odnos čovjeka prema prirodi štetan samo kao predmet stjecanja određenog bogatstva i koristi. Za današnje čovječanstvo od vitalne je važnosti promijeniti odnos prema prirodi i, u konačnici, prema sebi.

Što su načini rješavanja ekoloških problema^. Prije svega potrebno je prijeći s konzumerističkog, tehnokratskog pristupa prirodi na traženje sklad s njom. Za to je posebno potrebno niz ciljanih mjera proizvodnja zelenila: korištenje ekološki prihvatljivih tehnologija i industrija, obvezna ekološka procjena novih projekata, i idealno, stvaranje bezotpadnih tehnologija zatvorenog ciklusa koje su bezopasne i za prirodu i za ljudsko zdravlje. Potrebna je nemilosrdna, stroga kontrola proizvodnje prehrambenih proizvoda, koja se već provodi u mnogim civiliziranim zemljama.

Osim toga, potrebna je stalna briga za održavanje dinamičke ravnoteže između prirode i čovjeka. Čovjek ne treba samo uzimati od prirode, nego joj treba i davati (sadnja šuma, uzgoj ribe, uređenje nacionalnih parkova, prirodnih rezervata itd.).

No, navedene i druge mjere mogu donijeti opipljiv učinak samo ako se udruže napori svih zemalja za očuvanje prirode. Prvi pokušaj takve međunarodne asocijacije učinjen je početkom našeg stoljeća. U studenom 1913. godine u Švicarskoj je održana prva međunarodna konferencija o očuvanju prirode na kojoj su sudjelovali predstavnici 18 najvećih država svijeta. Danas međudržavni oblici suradnje poprimaju kvalitativno novu razinu. Zaključuju se međunarodni koncepti zaštite okoliša

životnom okruženju, provode se različiti zajednički razvoji i programi. Aktivno djelovanje "zelenih" (javne organizacije za zaštitu okoliša - "Greenpeace"). Green Cross Green Crescent Environmental International trenutno razvija program za rješavanje problema "ozonskih rupa" u Zemljinoj atmosferi. Međutim, treba priznati da je zbog vrlo različitih razina društveno-političkog razvoja država svijeta međunarodna suradnja u sferi okoliša još uvijek vrlo daleko od željene i potrebne razine.

Druga mjera usmjerena na poboljšanje odnosa čovjeka i prirode je razumno samoobuzdavanje u trošenju prirodnih resursa, posebice izvora energije koji su od iznimne važnosti za život čovječanstva. Izračuni međunarodnih stručnjaka pokazuju da će, na temelju sadašnje razine potrošnje, rezerve ugljena trajati 430 godina, nafte - 35 godina, prirodnog plina - 50 godina. Razdoblje, posebno u pogledu rezervi nafte, nije tako dugo . U tom smislu potrebne su razumne strukturne promjene u globalnoj energetskoj bilanci prema širenju korištenja nuklearne energije, kao i traženju novih, učinkovitih, sigurnih i ekološki najprihvatljivijih izvora energije.

Drugi važan smjer u rješavanju problema okoliša je obrazovanje u društvu ekološka svijest, shvaćanje prirode kao drugog bića, nad kojim se ne može vladati a da se ne ošteti. Ekološki odgoj i obrazovanje u društvu treba staviti na državnu razinu i provoditi od ranog djetinjstva.

Teškom mukom, čineći bolne pogreške, čovječanstvo postupno sve više postaje svjesno potrebe prijelaza iz konzumerističkog odnosa prema prirodi u sklad s njom.

Pregled pitanja

1. Koja je razlika između pojmova: "živa tvar", "biosfera", "biocenoza", "biogeocenoza"?

2. Kakva je priroda evolucije i razvoja biosfere? Što je bit učenja V. I. Vernadskog o biosferi i noosferi?

3. Što je bit pojmova geografskog determinizma? Što je u njima racionalno, a što pretjerano?

4. Kakav je odnos između pojmova: "priroda", "zemljopisna sredina", "okoliš"?

5. Što je tehnosfera? Koja je njegova uloga u evoluciji biosfere?

6. Kakav je međusobni utjecaj svemira i Zemlje? Koje su obilježje uočili predstavnici ruskog kosmizma u tim odnosima?

7. U čemu je nedosljednost odnosa čovjeka i prirode?

Nijedan motor ne može pretvoriti toplinu u rad sa 100% učinkovitosti. (2) entropija se ne može smanjivati ​​u zatvorenom sustavu. (3).

Prirodni procesi su inherentno usmjereni i nepovratni, ali većina zakona opisanih u ovoj knjizi to ne odražava - barem ne eksplicitno. Razbijanje jaja i pripremanje kajgane nije teško, ali je nemoguće stvoriti sirova jaja od gotovih kajgana.
. Miris iz otvorene bočice parfema ispunjava sobu - ali ga ne možete sakupiti natrag u bočicu. A razlog takve nepovratnosti procesa koji se odvijaju u svemiru leži u drugom zakonu termodinamike, koji je, uza svu svoju prividnu jednostavnost, jedan od najtežih i često krivo shvaćenih zakona klasične fizike.

Prije svega, ovaj zakon ima najmanje tri jednake formulacije koje su u različitim godinama predložili fizičari različitih generacija. Možda se čini da među njima nema ničeg zajedničkog, ali svi su logički jednaki jedni drugima. Iz bilo koje formulacije drugog zakona matematički se izvode druga dva.

Počet ćemo s prvom formulacijom, koja pripada njemačkom fizičaru Rudolfu Clausiusu (vidi Clausius-Clapeyronovu jednadžbu. Evo jednostavne i jasne ilustracije ove formulacije: uzmemo kocku leda iz hladnjaka i stavimo je u sudoper. Nakon nekog vremena kocka leda će se otopiti jer će se toplina s toplijeg tijela (zraka) prenijeti na hladnije (kocka leda. S gledišta zakona održanja energije nema razloga za toplinska energija prenijeti u tom smjeru: čak i kad bi led postao hladniji, a zrak topliji, zakon održanja energije Činjenica da se to ne događa samo je dokaz već spomenutog smjera fizikalnih procesa.

Zašto led i zrak međusobno djeluju na ovaj način, lako možemo objasniti razmatranjem ove interakcije na molekularnoj razini. Iz molekularne kinetičke teorije znamo da temperatura odražava brzinu kretanja tjelesnih molekula – što se brže gibaju, to je viša temperatura tijela. To znači da se molekule zraka kreću brže od molekula vode u kocki leda. Kada se molekula zraka sudari s molekulom vode na površini leda, kako nam iskustvo govori, brze molekule u prosjeku usporavaju, a spore ubrzavaju. Tako se molekule vode počinju kretati sve brže i brže, ili, ekvivalentno tome, temperatura leda raste. To je ono što mislimo kada kažemo da se toplina prenosi sa zraka na led. I u okviru ovog modela, prva formulacija drugog zakona termodinamike logično slijedi iz ponašanja molekula.

Kada tijelo prijeđe određenu udaljenost pod djelovanjem određene sile, vrši se rad, a razni oblici energije samo izražavaju sposobnost sustava da proizvede određeni rad. Budući da je toplina, koja odražava kinetičku energiju molekula, oblik energije, ona se također može pretvoriti u rad. Ali opet se radi o dirigiranom procesu. Rad možete pretvoriti u toplinu sa 100% učinkovitosti - to radite svaki put kada pritisnete papučicu kočnice u svom automobilu: sva kinetička energija kretanja vašeg automobila plus energija koju ste potrošili na pritiskanje papučice kroz rad vaše noge i hidraulički kočioni sustav potpuno se pretvara u toplinu koja se oslobađa trenjem pločica o kočione diskove. Druga formulacija drugog zakona termodinamike kaže da je obrnuti proces nemoguć. Koliko god se trudili svu toplinsku energiju pretvoriti u rad, gubici topline u okoliš su neizbježni.

Lako je ilustrirati drugu formulaciju na djelu. Zamislite cilindar motora s unutarnjim izgaranjem vašeg automobila. U njega se ubrizgava visokooktanska mješavina goriva, koju klip komprimira do visokog tlaka, nakon čega se zapali u malom razmaku između glave cilindra i slobodno pokretnog klipa čvrsto pričvršćenog na stijenke cilindra. Tijekom eksplozivnog izgaranja smjese oslobađa se značajna količina topline u obliku vrućih i ekspandirajućih produkata izgaranja, čiji tlak gura klip prema dolje. U idealnom svijetu mogli bismo postići učinkovitost od 100% korištenja oslobođene toplinske energije, potpuno je pretvarajući u mehanički rad klipa.

U stvarnom svijetu nitko nikada neće sastaviti tako idealan motor iz dva razloga. Prvo, zidovi cilindra neizbježno se zagrijavaju kao rezultat izgaranja radne smjese, dio topline se gubi uzalud i uklanja se kroz sustav hlađenja u okolinu. Drugo, dio posla neizbježno ide u svladavanje sile trenja, zbog čega se, opet, stijenke cilindra zagrijavaju - još jedan gubitak topline (čak i s najboljim motornim uljem. Treće, cilindar se mora vratiti na prvobitnu kompresiju točku, a to također rade na prevladavanju trenja s oslobađanjem topline, potrošene uzalud. Kao rezultat toga, imamo ono što imamo, naime: najnapredniji toplinski motori rade s učinkovitošću ne većom od 50%.

Ovo tumačenje drugog zakona termodinamike temelji se na Carnotovom principu, koji je ime dobio po francuskom vojnom inženjeru Sadiju Carnotu. Formuliran je ranije od drugih i imao je veliki utjecaj na razvoj inženjerske tehnologije za mnoge generacije koje dolaze, iako je primijenjene prirode. Ona dobiva veliku važnost sa stajališta suvremene energetike - najvažnije grane svakog nacionalnog gospodarstva. Danas, suočeno s nedostatkom goriva, čovječanstvo je ipak prisiljeno pomiriti se s činjenicom da učinkovitost, na primjer, termoelektrana koje rade na ugljen ili loživo ulje ne prelazi 30-35% - tj. dvije trećine goriva uzalud se sagorijeva, točnije troši se na zagrijavanje atmosfere – i to pred prijetnjom globalnog zatopljenja. Zato je moderne termoelektrane lako prepoznati po njihovim kolosalnim tornjevima – rashladnim tornjevima – upravo u njima voda hladi turbine elektrogeneratora, a višak toplinske energije ispušta se u okoliš. A tako niska učinkovitost u korištenju resursa nije krivnja, već nesreća modernih inženjera dizajna: oni već istiskuju blizu maksimuma onoga što Carnotov ciklus dopušta. Oni koji tvrde da su pronašli rješenje koje im omogućuje drastično smanjenje toplinskih gubitaka energije (primjerice, dizajnirali perpetuum mobile), time tvrde da su nadmudrili drugi zakon termodinamike. Mogli bi i tvrditi da se znaju pobrinuti da se kockica leda u sudoperu ne otopi na sobnoj temperaturi, već da se, naprotiv, još više rashladi, grijući zrak.

Treća formulacija drugog zakona termodinamike, koja se obično pripisuje austrijskom fizičaru Ludwigu Boltzmannu (vidi Boltzmannova konstanta), možda je najpoznatija. Entropija je mjera neuređenosti sustava. Što je veća entropija, to je kaotičnije kretanje materijalnih čestica koje čine sustav. Boltzmann je uspio razviti formulu za izravni matematički opis stupnja reda u sustavu. Pogledajmo kako to funkcionira na primjeru vode. U tekućem stanju voda je prilično neuredna struktura, budući da se molekule slobodno kreću jedna u odnosu na drugu, a njihova prostorna orijentacija može biti proizvoljna. Još jedna stvar je led - u njemu su molekule vode poredane, uključene u kristalnu rešetku. Formulacija drugog zakona Boltzmannove termodinamike, relativno govoreći, kaže da se led, nakon što se otopio i pretvorio u vodu (proces popraćen smanjenjem stupnja uređenosti i povećanjem entropije), nikada neće sam ponovno roditi iz vode . I opet vidimo primjer nepovratnog prirodnog fizičkog fenomena.

Ovdje je važno razumjeti da ne govorimo o činjenici da u ovoj formulaciji drugi zakon termodinamike proglašava da se entropija ne može smanjiti bilo gdje i nikada. Na kraju se otopljeni led može vratiti u zamrzivač i ponovno zamrznuti. Stvar je u tome da se entropija ne može smanjivati ​​u zatvorenim sustavima – odnosno u sustavima koji ne primaju vanjsku opskrbu energijom. Hladnjak koji radi nije izolirani zatvoreni sustav, jer je spojen na napajanje i dobiva energiju izvana - u konačnici, iz elektrana koje ga proizvode. U ovom slučaju, zatvoreni sustav će biti hladnjak, plus ožičenje, plus lokalna transformatorska stanica, plus jedinstvena mreža napajanja, plus elektrane. A budući da je povećanje entropije zbog nasumičnog isparavanja iz rashladnih tornjeva elektrane višestruko veće od smanjenja entropije zbog kristalizacije leda u vašem hladnjaku, drugi zakon termodinamike nije ni na koji način povrijeđen.

A ovo, vjerujem, vodi do druge formulacije drugog zakona: hladnjak ne radi ako nije uključen u struju. James Trefil, "Priroda znanosti. 200 zakona svemira."

Postoji nekoliko formulacija drugog zakona termodinamike, čiji su autori njemački fizičar, mehaničar i matematičar Rudolf Clausius i britanski fizičar i mehaničar William Thomson, Lord Kelvin. Izvana se razlikuju, ali suština im je ista.

Clausiusov postulat

Rudolf Julije Emmanuel Clausius

Drugi zakon termodinamike, kao i prvi, također je izveden empirijski. Njemački fizičar, mehaničar i matematičar Rudolf Clausius smatra se autorom prve formulacije drugog zakona termodinamike.

« Toplina ne može sama prijeći s hladnog tijela na vruće. ". Ova izjava koju je Clasius nazvao " toplinski aksiom”, formuliran je 1850. godine u djelu “O pokretačkoj sili topline i o zakonima koji se iz toga mogu dobiti za teoriju topline”.“Naravno, toplina se prenosi samo s tijela s višom temperaturom na tijelo s nižom temperaturom. U suprotnom smjeru spontani prijenos topline je nemoguć. To je smisao postulat Clausiusa , koji određuje bit drugog zakona termodinamike.

Reverzibilni i ireverzibilni procesi

Prvi zakon termodinamike pokazuje kvantitativni odnos između topline koju prima sustav, promjene njegove unutarnje energije i rada koji sustav vrši na vanjskim tijelima. Ali on ne uzima u obzir smjer prijenosa topline. I može se pretpostaviti da se toplina može prenositi i s vrućeg tijela na hladno i obrnuto. U međuvremenu, u stvarnosti to nije slučaj. Ako su dva tijela u kontaktu, tada se toplina uvijek prenosi s toplijeg tijela na hladnije. I ovaj se proces događa sam od sebe. U tom slučaju ne dolazi do promjena u vanjskim tijelima koja okružuju tijela u kontaktu. Takav proces koji se odvija bez obavljanja rada izvana (bez intervencije vanjskih sila) naziva se spontano . On može biti reverzibilan I nepovratan.

Spontano se hladeći, vruće tijelo svoju toplinu predaje okolnim hladnijim tijelima. A hladno tijelo nikada neće postati vruće samo od sebe. Termodinamički sustav se u tom slučaju ne može vratiti u prvobitno stanje. Takav proces se zove nepovratan . Ireverzibilni procesi odvijaju se samo u jednom smjeru. Gotovo svi spontani procesi u prirodi nepovratni su, kao što je nepovratno i vrijeme.

reverzibilan naziva se termodinamički proces u kojem sustav prelazi iz jednog stanja u drugo, ali se može vratiti u svoje prvobitno stanje, prolazeći obrnutim redoslijedom kroz međustanja ravnoteže. U tom se slučaju svi parametri sustava vraćaju u prvobitno stanje. Reverzibilni procesi daju najviše posla. Međutim, u stvarnosti ih se ne može ostvariti, može im se samo približiti, budući da se odvijaju beskrajno sporo. U praksi se takav proces sastoji od kontinuiranih uzastopnih ravnotežnih stanja i naziva se kvazistatičan. Svi kvazistatički procesi su reverzibilni.

Thomsonov (Kelvinov) postulat

William Thomson, Lord Kelvin

Najvažnija zadaća termodinamike je postići najveći rad uz pomoć topline. Rad se lako pretvara u toplinu potpuno bez ikakve naknade, na primjer, uz pomoć trenja. Ali obrnuti proces pretvaranja topline u rad nije potpun i nemoguć je bez dobivanja dodatne energije izvana.

Mora se reći da je prijenos topline s hladnijeg tijela na toplije moguć. Takav se proces događa, primjerice, u našem kućnom hladnjaku. Ali to ne može biti spontano. Da bi strujao, potrebno je imati kompresor koji će takav zrak destilirati. Odnosno, za obrnuti proces (hlađenje) potreban je dovod energije izvana. " Nemoguće je prenijeti toplinu s tijela niže temperature bez kompenzacije ».

Godine 1851. britanski fizičar i mehaničar William Thomson, Lord Kelvin, dao je drugačiju formulaciju drugog zakona. Thomsonov (Kelvinov) postulat glasi: “Ne postoji kružni proces čiji bi jedini rezultat bila proizvodnja rada hlađenjem spremnika topline” . To jest, nemoguće je stvoriti motor koji radi ciklički, zbog čega bi se izvršio pozitivan rad zbog njegove interakcije sa samo jednim izvorom topline. Uostalom, kad bi bilo moguće, toplinski bi stroj mogao raditi koristeći, primjerice, energiju oceana i potpuno je pretvoriti u mehanički rad. Kao rezultat toga, ocean bi se ohladio zbog smanjenja energije. Ali čim bi njegova temperatura bila ispod temperature okoline, morao bi se dogoditi proces spontanog prijenosa topline s hladnijeg tijela na toplije. Ali takav proces je nemoguć. Dakle, za rad toplinskog stroja potrebna su najmanje dva izvora topline s različitim temperaturama.

Perpetuum mobile druge vrste

Kod toplinskih strojeva toplina se pretvara u koristan rad tek pri prelasku s vrućeg tijela na hladno. Da bi takav motor funkcionirao, u njemu se stvara temperaturna razlika između hladnjaka (grijača) i hladnjaka (hladnjaka). Grijač prenosi toplinu na radni fluid (na primjer, plin). Radno tijelo se širi i vrši rad. Međutim, ne pretvara se sva toplina u rad. Dio se prebaci u hladnjak, a dio, primjerice, jednostavno ode u atmosferu. Zatim, da bi se parametri radne tekućine vratili na prvobitne vrijednosti i ponovno pokrenuli ciklus, potrebno je radnu tekućinu zagrijati, odnosno uzeti toplinu iz hladnjaka i prenijeti na grijač. To znači da se toplina mora prenijeti s hladnog tijela na toplije. A kad bi se taj proces mogao provesti bez opskrbe energijom izvana, dobili bismo perpetuum mobile druge vrste. Ali kako je to prema drugom zakonu termodinamike nemoguće, nemoguće je stvoriti i perpetuum mobile druge vrste, koji bi toplinu u potpunosti pretvarao u rad.

Ekvivalentne formulacije drugog zakona termodinamike:

1. Nemoguć je proces čiji je jedini rezultat pretvaranje u rad cjelokupne količine topline koju sustav primi.
2. Nemoguće je stvoriti perpetuum mobile druge vrste.

Carnotov princip

Nicolas Leonard Sadie Carnot

Ali ako je nemoguće stvoriti perpetuum mobile, onda je moguće organizirati radni ciklus toplinskog stroja na takav način da je učinkovitost (faktor učinkovitosti) maksimalna.

Godine 1824., mnogo prije nego što su Clausius i Thomson formulirali svoje postulate koji definiraju drugi zakon termodinamike, francuski fizičar i matematičar Nicolas Léonard Sadi Carnot objavio je svoj rad "Razmišljanja o pokretačkoj sili vatre i o strojevima sposobnim razviti tu silu." U termodinamici se smatra temeljnim. Znanstvenik je napravio analizu parnih strojeva koji su postojali u to vrijeme, čija je učinkovitost bila samo 2%, te opisao rad idealnog toplinskog stroja.

U vodenom motoru voda radi tako što pada s visine. Po analogiji, Carnot je sugerirao da toplina također može obavljati rad, prelazeći s vrućeg tijela na hladnije. To znači da bi se toplinski stroj radio, trebao bi imati 2 izvora topline s različitim temperaturama. Ova izjava se zove Carnotov princip . I nazvan je ciklus rada toplinskog motora koji je stvorio znanstvenik Carnotov ciklus .

Carnot je smislio idealan toplinski stroj koji bi mogao raditi najbolji mogući posao zbog topline koja mu je dovedena.

Toplinski stroj koji je opisao Carnot sastoji se od grijača koji ima temperaturu T N , radna tekućina i hladnjak s temperaturom T X .

Carnotov ciklus je kružni reverzibilni proces i uključuje 4 faze - 2 izotermne i 2 adijabatske.

Prvi stupanj A→B je izoterman. Odvija se pri istoj temperaturi grijača i radne tekućine T N . Tijekom kontakta, količina topline Q H prelazi s grijača na radni fluid (plin u cilindru). Plin se izotermno širi i vrši mehanički rad.

Da bi proces bio ciklički (kontinuiran), plin se mora vratiti na prvobitne parametre.

U drugom stupnju ciklusa B→C dolazi do odvajanja radnog fluida i grijača. Plin se nastavlja adijabatski širiti bez izmjene topline s okolinom. Istovremeno se njegova temperatura smanjuje na temperaturu hladnjaka. T X i nastavlja raditi.

Na trećem stupnju C→D, radna tekućina ima temperaturu T X , je u kontaktu s hladnjakom. Pod djelovanjem vanjske sile izotermno se sabija i odaje toplinu u količini Q X hladnjak. Na tome se radi.

Na četvrtom stupnju G → A radni fluid će se odvojiti od hladnjaka. Pod djelovanjem vanjske sile dolazi do adijabatskog sabijanja. Na tome se radi. Njegova temperatura postaje jednaka temperaturi grijača T N .

Radno tijelo se vraća u prvobitno stanje. Kružni proces završava. Počinje novi ciklus.

Učinkovitost tjelesnog stroja koji radi prema Carnotovom ciklusu je:

Učinkovitost takvog stroja ne ovisi o njegovom dizajnu. Ovisi samo o razlici temperature između grijača i hladnjaka. A ako je temperatura hladnjaka apsolutna nula, tada će učinkovitost biti 100%. Do sada nitko nije uspio smisliti ništa bolje.

Nažalost, u praksi je nemoguće izgraditi takav stroj. Stvarni reverzibilni termodinamički procesi mogu se približiti idealnim samo s različitim stupnjevima točnosti. Osim toga, u pravom toplinskom stroju uvijek će biti toplinskih gubitaka. Stoga će njegova učinkovitost biti niža od učinkovitosti idealnog toplinskog stroja koji radi prema Carnotovom ciklusu.

Na temelju Carnotovog ciklusa izgrađeni su različiti tehnički uređaji.

Ako se Carnotov ciklus provodi obrnutim redom, tada će se dobiti rashladni stroj. Uostalom, radna tekućina će prvo uzeti toplinu iz hladnjaka, zatim pretvoriti rad utrošen na stvaranje ciklusa u toplinu, a zatim dati ovu toplinu grijaču. Ovako rade hladnjaci.

Obrnuti Carnotov ciklus također je u srcu dizalica topline. Takve pumpe prenose energiju od izvora s niskom temperaturom do potrošača s višom temperaturom. No, za razliku od hladnjaka, kod kojeg se izvučena toplina ispušta u okolinu, kod dizalice topline ona se predaje potrošaču.

« Fizika - 10. razred"

Dopušta li prvi zakon termodinamike spontani prijenos topline s manje zagrijanog tijela na toplije?
Događaju li se takvi procesi u prirodi?

Već smo primijetili da je prvi zakon termodinamike poseban slučaj zakona održanja energije.

Zakon održanja energije kaže da količina energije u bilo kojoj od njezinih transformacija ostaje nepromijenjena. U međuvremenu, mnogi procesi koji su sasvim prihvatljivi sa stajališta zakona održanja energije nikada se ne događaju u stvarnosti.

Na primjer, sa stajališta prvog zakona termodinamike u izoliranom sustavu, prijenos topline s manje zagrijanog tijela na toplije moguć je ako je količina topline koju prima vruće tijelo točno jednaka količini topline koju odaje hladno tijelo. U isto vrijeme, naše iskustvo govori da to nije moguće.

Prvi zakon termodinamike ne ukazuje na smjer procesa.

Drugi zakon termodinamike.

Drugi zakon termodinamike ukazuje na smjer mogućih transformacija energije, odnosno na smjer procesa, a samim time izražava ireverzibilnost procesa u prirodi. Taj je zakon ustanovljen izravnom generalizacijom eksperimentalnih činjenica.

Postoji nekoliko formulacija drugog zakona, koje, unatoč svojim vanjskim razlikama, izražavaju u biti istu stvar i stoga su ekvivalentne.

Njemački znanstvenik R. Clausius (1822-1888) formulirao je ovaj zakon na sljedeći način:

Nemoguće je prenijeti toplinu iz hladnijeg sustava u topliji bez drugih istodobnih promjena u oba sustava ili u okolnim tijelima.

Ovdje se navodi eksperimentalna činjenica o određenom smjeru prijenosa topline: toplina uvijek sama prelazi s vrućih tijela na hladna. Istina je da se u rashladnim postrojenjima toplina prenosi s hladnog tijela na toplije, ali je taj prijenos povezan s drugim promjenama u okolnim tijelima: hlađenje se postiže radom.

Važnost ovog zakona je u tome što se iz njega može zaključiti da nije samo proces prijenosa topline ireverzibilan, već i drugi procesi u prirodi.

Razmotrite primjer. Oscilacije njihala, izvađene iz ravnotežnog položaja, blijede (sl. 13.12) 1, 2, 3, 4 - uzastopni položaji njihala pri najvećim odstupanjima od ravnotežnog položaja). Zbog rada sila trenja mehanička energija njihala se smanjuje, a temperatura njihala i okolnog zraka (a time i njihova unutarnja energija) malo raste.

Ponovno možete povećati zamah klatna gurajući ga rukom. Ali to povećanje ne događa se samo od sebe, već postaje moguće kao rezultat složenijeg procesa koji uključuje kretanje ruke.

Mehanička energija spontano prelazi u unutarnju energiju, ali ne i obrnuto. U tom se slučaju energija uređenog gibanja tijela kao cjeline pretvara u energiju neuređenog toplinskog gibanja njegovih sastavnih molekula.

Drugi primjer je proces difuzije. Otvarajući bočicu parfema, brzo osjetimo miris parfema. Molekule aromatske tvari, zbog toplinskog gibanja, prodiru u prostor između molekula zraka. Teško je zamisliti da su se svi opet okupili u balonu.

Broj takvih primjera može se povećavati gotovo unedogled. Svi oni govore da procesi u prirodi imaju određeni smjer, koji se ni na koji način ne odražava u prvom zakonu termodinamike.

Svi makroskopski procesi u prirodi odvijaju se samo u jednom određenom smjeru.

U suprotnom smjeru ne mogu teći spontano. Svi procesi u prirodi su nepovratni.

Ranije, kada smo razmatrali procese, pretpostavljali smo da su reverzibilni.

Reverzibilni proces je proces koji se može odvijati u smjeru naprijed i nazad kroz ista međustanja bez promjena u okolnim tijelima.

Reverzibilni proces mora teći vrlo sporo da bi svako međustanje bilo u ravnoteži.

ravnotežno stanje je stanje u kojem su temperatura i tlak isti u svim točkama sustava.

Stoga je potrebno vrijeme da sustav postigne ravnotežno stanje.

Proučavajući izoprocese, pretpostavili smo da prijelaz iz početnog stanja u konačno prolazi kroz stanja ravnoteže, a izotermne, izobarne i izohorne procese smatrali smo reverzibilnim.

U prirodi ne postoje idealni reverzibilni procesi, ali se stvarni procesi mogu smatrati reverzibilnim s određenim stupnjem točnosti, što je vrlo važno za teoriju.

Živopisna ilustracija nepovratnosti pojava u prirodi je gledanje filma u suprotnom smjeru.
Na primjer, skok u vodu će izgledati ovako. Mirna voda u bazenu počinje ključati, pojavljuju se noge koje se brzo kreću prema gore, a zatim i cijeli ronilac. Površina vode se brzo smiri. Postupno se brzina ronioca smanjuje i sada mirno stoji na tornju.

Takav proces kao što je uzdizanje ronioca na toranj iz vode ne proturječi ni zakonu održanja energije, ni zakonima mehanike, niti bilo kojim zakonima općenito, osim drugog zakona termodinamike.