Созидающая сила хаоса

Какие бы процессы не происходили между объектами внутри системы или между взаимодействующими системами, наряду с однонаправленностью происходящих процессов (физических, химических или других), происходит и другой процесс – в результате взаимодействия объектов или систем конечное содержание энергии объектов (систем) уменьшается, наряду с ухудшением их качества, а разница между начальными и конечными значениями энергии объектов поступает в систему (при неизменном количестве энергии внутри системы), а после взаимодействия систем часть энергии безвозвратно теряется в окружающую среду в виде выделившейся теплоты за счет снижения количества энергии внутри систем (11).

Следовательно, окружающая среда приобретает новое качество за счет поступившей от систем энергии в результате их взаимодействия и изменения их количественных (энергетических) и качественных (перераспределения энергии между объектами внутри систем и изменения качества самих объектов) показателей (рис. 15).

Изменяется количество энергии, запасенного внутри систем и объектов систем, объекты в результате изменений не только менее рассеяны внутри систем, чем при исходном положении, но и содержат меньшие количества энергии. Полная энтропия взаимодействующих систем в результате тоже понижается за счет большей упорядоченности положения объектов внутри системы (см. рис. 15).

Происходит уменьшение энтропии систем, при этом значительно меньше, чем увеличение энтропии в окружающей среде, так как высвобождение значительной энергии осуществляется в окружающую среду, в которой, в свою очередь, создается высокая степень неупорядоченности.

Так, при реакции железа с кислородом воздуха происходит окислительный процесс, железо ржавеет, внутренняя нестабильность железа переходит в стабильное положение ржавчины, что сопровождается увеличением неупорядоченности в окружающей среде.

Рис. 15. Процесс передачи энтропии в окружающую среду при взаимодействии систем

Получается стабильный, обладающий более выраженной структурой, объект, с низкой энтропией, из менее структурно-организованного, обладающего большей энтропией исходного объекта, с передачей излишней энтропии в окружающую среду.

Следовательно, объекты и система в целом «охлаждаются», отдавая часть «теплоты» в окружающую среду (рис. 15).

Таким же образом снижается энтропия объектов внутри системы при повышении энтропии системы в целом.

При взаимодействии объектов внутри системы, когда энергия для реакции поступает из окружающей среды, в результате реакции (взаимодействия) происходит распад объектов, а при поступлении большего количества энергии извне (из окружающей среды), то и система в целом распадается (рис 16).

Рис. 16. Распад объектов внутри системы при воздействии извне (из окружающей среды)

Для того, чтобы возбудить систему (вывести ее из равновесного состояния), необходима дополнительная внешняя энергия. В результате нарушается связь частиц, составляющих объекты, и связь объектов внутри системы, при этом отсутствует компенсирующее уменьшение энергии. Энергия объектов остается неизменной, но в данном случае происходит рассеивание энергии внутри системы за счет нарушения связей между объектами внутри системы.

В данном случае происходит понижение качества при стабильном количестве энергии внутри системы. Дополнительно поступившая извне энергия ушла на разрушение этих связей внутри системы, и качество энергии системы в целом ухудшилось за счет потери внутренней стабильности и структуры между объектами. Часть энергии поглотилась системой на ее дестабилизацию, а энергия системы стала более рассеянной внутри системы, и внутри системы возник хаос за счет нестабильного (хаотического) положения объектов внутри системы и их суммарной энергии (11).

Энтропия окружающей среды при этом уменьшается, количество рассеянной в ней энергии уходит на разрыв связей объектов внутри системы, тогда как внутри объектов и системы в целом энтропия возрастает (рис. 17).

Рис. 17. Кривые изменений величин энтропии системы и окружающей среды в процессе воздействия на систему извне

Внутри системы начинается процесс перемешивания объектов, при этом характер их перемешивания носит произвольный (хаотический) характер. Происходит реакция диссоциации, где величина вклада в энтропию системы зависит от количества перемешивающихся внутри ее объектов.

Полное изменение энтропии в результате этого процесса складывается из четырех составляющих изменений:

самих объектов системы;

параметров системы;

окружающей систему среды («размытие» энергии);

за счет смещений на промежуточных стадиях процесса.

В начале процесса полная энтропия взаимодействующих составляющих остается неизменной, все более возрастая при перераспределении объектов внутри системы под воздействием энергии извне, и возвращается к исходному суммарному значению при завершении процесса по перемешиванию объектов (частиц) системы.

В зависимости от поступившей в систему энергии процесс внутри ее по перемешиванию объектов прекращается при полном израсходовании поступившей энергии на перемешивание объектов. Хаотичность системы прекращается по завершению процесса внутри ее и приобретения системой новых свойств за счет перераспределения объектов внутри системы. Система приходит в динамическое равновесие. Это высокоэнтропийное состояние объекты-система-окружающая среда может продолжаться как можно долго до нового взаимодействия системы и окружающей среды.

Следовательно, хаос порождается:

при утечке энергии из системы в окружающую среду (экзотермический процесс) (рис. 15);

при воздействии на систему извне («затекании» энергии в систему) (эндотермический процесс) (рис. 16).

Во втором случае неупорядоченность в окружающей среде понижается, а взятая извне энергия идет на увеличение хаоса внутри системы (рис. 17).

Естественное направление протекания любого процесса всегда связано с созданием всеобщего хаоса, по при этом хаотичность обладает созидающим характером преобразования объектов, системы в целом и окружающей среды в новое состояние с приданием им новых качеств энергии и энтропии внутри них при неизменном суммарном количестве их в целом.

Следовательно, сам хаос обладает определенными свойствами (количественными величинами):

направлением спонтанных (самопроизвольных) изменений (прохождения процесса);

скоростью осуществления изменений (началом и окончанием процесса).

Для возникновения хаоса необходима энергия активации процесса, приводящего к изменению и перестройке существующих в окружающей среде систем и объектов, которая зависит от количества, плотности и распределения ее в пространстве, где происходит процесс.

Вероятность того, что энергия активации накопиться для начала процесса (16), называется вероятностью (или распределением) Больцмана:

вероятность = ехр (энергия активации / температура)

Так, железо окисляется не сразу, превращаясь в ржавчину, а химическая реакция его взаимодействия с активным кислородом окружающей среды обладает определенной направленностью (со стороны «слабых», наиболее подверженных коррозии участков) и скоростью реакции (временным характером эксплуатационных свойств изделий из него).