🌀 Что такое энтропия?

Понятие энтропии несомненно лежит в самом центре нашего учения. И это такая фундаментальная и всеобъемлющая концепция, которая имеет много определений, толкований и даже формул. Я буду много писать про энтропию в будущем, а сегодня давайте начнем с определений.

Определение энтропии как меры беспорядка (хаоса) в системе хорошо тем, что каждый человек на интуитивном уровне может отличить порядок от беспорядка. Однако возникает вопрос: как определить беспорядок? Ведь энтропия как раз и является мерой беспорядка, что приводит к замкнутому кругу.

Понятие беспорядка можно более точно описать с помощью статистического подхода, предложенного Больцманом. Энтропия S выражается как логарифм количества микросостояний W:
S = k · ln(W) , где k — постоянная Больцмана.
Но тут может возникнуть вопрос, а что это за такие микросостояния, чем микро отличается от макро и как их посчитать?

Информационное определение энтропии физической системы – это количество неизвестной (скрытой, недоступной) информации о системе. Но тут мы уже подходим к понятию информации, о которой подробнее поговорим в следующий раз.

Наиболее физичным является термодинамическое определение энтропии как меры равномерности распределения энергии по степеням свободы. Это определение дает нам понимание, что энергия имеет как бы кучность или выделенное направление. Низкоэнтропийная энергия обладает высокой степенью упорядоченности, что позволяет направить её для выполнения полезной работы. Формула для вычисления изменения энтропии:
ΔS = ΔQ / T , где ΔQ — изменение теплоты, а T — температура.
Хотя эта формула хорошо работает на практике, связь с равномерностью распределения энергии неочевидна.

Также есть информационная энтропия Шеннона, энтропия черных дыр Бекенштейна и квантовая энтропия фон Неймана.

В итоге мы имеем множество определений, каждое из которых добавляет как понимания, так и может вызвать новые вопросы. Этим объясняется то, что понятие энтропии большинство людей понимают довольно плохо. Но по мере изучения различных концепций энтропии, общая картина начинает складываться как будто из пазлов, потому что все они говорят об одной и той же реальной характеристике физической системы. Все определения значат одно и то же, хотя, на первый взгляд, так сильно друг на друга не похожи!

Если я вас только еще больше запутал, то посмотрите это видео, там наглядно показывают и объясняют про энтропию: https://youtu.be/g1Sdngywob4

#Теория #Физика #Энтропия