 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
если соединить оба отделения тепловым двигателем, мы, как будто, получим вечный двигатель второго
рода
.
Легче отвергнуть вопрос, поставленный Максвеллом, чем ответить на него. Самое простое – отрицать
возможность подобных существ или устройств. При строгом исследовании мы действительно найдем,
что демоны Максвелла не могут существовать в равновесной системе, но если мы примем с самого
начала эту невозможность и не будем пытаться доказать ее, то упустим прекрасный случай узнать кое-
что об энтропии и о возможных физических, химических и биологических системах.
Чтобы демон Максвелла мог действовать, он должен получать от приближающихся частиц
информацию об их скорости и точке удара о стенку. Независимо от того, связаны ли эти импульсы с
переносом энергии или нет, они предполагают связь между демоном и газом. Но закон возрастания
энтропии справедлив для полностью изолированной системы и неприменим к неизолириванной части
такой системы. Поэтому мы должны рассматривать энтропию системы газ – демон, а не энтропию
одного газа. Энтропия газа есть лишь компонент общей энтропии более широкой системы. Можно ли
найти другие, связанные с демоном компоненты, входящие в общую энтропию?
Без малейшего сомнения, можно. Демон способен действовать лишь на основании принимаемой
информации, а эта информация, как мы увидим в следующей главе, представляет собой отрицательную
энтропию. Информация должна переноситься каким-то физическим процессом, например какой-то
формой излучения. Можно вполне допустить, что эта информация переносится на очень низком
энергетическом уровне и что перенос энергии от частицы к демону в течение продолжительного
времени имеет гораздо меньшее значение, чем перенос информации. Но по законам квантовой
механики [c.116] нельзя получить информацию о положении или импульсе частицы, а тем более о том и
другом без воздействия на энергию исследуемой частицы, причем это воздействие должно превышать
некоторый минимум, зависящий от частоты света, применяемого для исследования. Поэтому во всякой
связи необходимо участвует энергия, и система, находящаяся в статистическом равновесии, должна
находиться в равновесии как по отношению к энтропии, так и по отношению к энергии. В конечном
счете максвеллов демон будет подвержен случайному движению, соответствующему температуре
окружающей среды, и, как говорит Лейбниц о некоторых монадах, будет получать большое число
малых впечатлений, пока не впадет в “головокружение” и не потеряет способность к ясным
восприятиям. По существу, он перестанет действовать как максвеллов демон.
Тем не менее до того как демон собьется с толку, может пройти немалое время, и оно может оказаться
столь продолжительным, что мы вправе называть активную фазу демона метастабильной. Нет
оснований полагать, что метастабильные демоны в действительности не существуют; напротив, вполне
возможно, что энзимы являются метастабильными максвелловыми демонами, которые уменьшают
энтропию, пусть не разделением быстрых и медленных частиц, а каким-нибудь другим эквивалентным
процессом. Мы вполне можем рассматривать живые организмы, как и самого Человека, в этом свете.
Без сомнения, энзим и живой организм одинаково метастабильны: стабильное состояние энзима
наступает, когда он перестает действовать, а стабильное состояние живого организма наступает с его
смертью. Все катализаторы в конце концов отравляются, ибо они изменяют лишь скорости реакций, но
не меняют истинного равновесия. Тем не менее и катализаторы, и человек имеют настолько
определенные состояния метастабильности, что эти состояния можно считать относительно
постоянными.
Я не хотел бы кончить эту главу, не сказав, что эргодическая теория – гораздо более обширный
предмет, нежели здесь изложено. В некоторых новейших направлениях эргодической теории мера,
остающаяся инвариантной при группе преобразований, определяется непосредственно самой группой, а
не задается заранее. [c.117] В особенности я должен упомянуть работы Крылова и Боголюбова и
некоторые работы Гуревича и японской школы.
Следующая глава посвящена статистической механике временных рядов. В этой области условия также
очень далеки от условий, принимаемых статистической механикой для тепловых двигателей, и поэтому
они весьма хорошо могут служить моделью того, что происходит в живых организмах. [c.118]
