почему все вокруг стремится к хаосу и как это остановить — T&P
Когда порой вы чувствуете нарастающий уровень энтропии, но не понимаете почему, ответ кроется в физике: стремление мира к хаосу — фундаментальное свойство природы. Из чего состоит хаос, обратим ли он, можно ли его как-то измерить и почему существует выражение «ломать — не строить»? Обо всем этом T&P рассказал научный журналист, сотрудник кафедры физики и астрофизики МФТИ Айк Акопян в рамках проекта «Физтех.Читалка».
Айк Акопян
Что происходит, когда мы приводим в движение маятник? Он начинает колебаться, каждый раз уменьшая амплитуду. Через некоторое время мы обнаружим, что маятник остановился. Но куда делась энергия маятника? Те, кто в школе на уроках физики слушал учителя внимательно, ответят, что энергию заберут молекулы воздуха. Но почему не происходит обратное? Почему молекулы вдруг не могут собраться и, наоборот, передать энергию маятнику?
Дело в том, что стремление мира к хаосу оказывается фундаментальным свойством природы.
Направленное движение частиц маятника превращается в хаотичное движение молекул воздуха. Направленное течение воды рано или поздно превратится в хаотичную струю с турбулентными вихрями и извивающимися, переплетающимися друг с другом потоками.
Наша природа вовсю стремится к хаосу, но неужели это стремление бесконечно? В какой момент система достигает какого-то спокойствия? В какой момент это стремление прекращается? В XIX веке Максвелл и ряд других физиков показали, что, если оставить систему в покое, она действительно придет к определенному состоянию «спокойствия». Это состояние называется равновесным, и, чтобы его понять, нужно забыть об индивидуальной скорости, координате каждой частицы и взглянуть на какие-то коллективные характеристики системы. Например, на то, сколько частиц на данный момент имеют определенные скорости.
Если мы построим график числа частиц от скорости, то увидим удивительную вещь: система из любого состояния, каким бы это состояние ни было изначально, в итоге приходит к одному определенному распределению числа частиц от скорости, которое называется распределением Максвелла.
Это состояние является конечным пунктом назначения любой системы, и в ней достигается максимальный хаос.
Но… Как вообще измерить хаос? В физике для измерения хаоса используют величину, которая называется энтропией системы. Чем больше энтропия, тем менее упорядочена система. В состоянии равновесия энтропия максимальна. Больцманом в XIX веке была доказана так называемая H-теорема, которая гласит, что в замкнутой системе энтропия со временем всегда возрастает.
На практике это несет за собой вполне понятные последствия. Если мы, например, возьмем шарик с гелием и взорвем его в углу комнаты, то газ через некоторое время разлетится по всей комнате, заполнив равномерно ее всю. Таким образом, энтропия газа увеличится до максимума и… Да, в общем-то, и все. Сколько бы мы ни ждали, гелий никогда не соберется обратно в кучу в углу комнаты. То есть процессы в нашем мире необратимы: из конечного состояния мы никак не можем узнать начальное, так как конечное состояние одинаково для всех начальных состояний.
Это вполне понятно, наш опыт вполне этому соответствует. Всегда легче что-то сломать, чем построить, легче разбросать, чем собрать воедино. Это все вполне логично, так?
Не совсем. Представьте, что у вас есть замкнутая комната с кучей шариков, которые летят и врезаются друг в друга. Все абсолютно идеально, столкновения упругие, никаких потерь энергии. Через достаточное количество времени распределение скоростей будет в точности максвелловским, энтропия необратимо возрастет до максимума.
Данные телескопа Planck показали, что примерно 98% энергии нашей Вселенной не заключено в звездах и вообще в обычном веществе, из которого состоим мы
Но давайте взглянем на каждый шарик по отдельности. Дело в том, что для каждого шарика мы можем узнать в точности его скорость и координату, а также действующую на него силу. Из второго закона Ньютона можем узнать ускорение — и все: движение каждой отдельной частички можно совершенно однозначно задать. Закон Ньютона по времени обратим, так как, если повернуть время вспять, свою форму закон не изменит.
Это означает, что и движение каждого отдельного шарика тоже обратимо: из конечного состояния шарика можно понять, откуда он пришел и как двигался, но… Но движение всех шариков вместе оказывается необратимым.
То есть в основе нашего необратимого мира лежат вполне себе обратимые законы. Это весьма странно. А что, если никакой необратимости нет, а это всего лишь иллюзия? Что, если движение просто настолько сложное, что оно кажется нам хаотичным, а на самом деле оно вполне регулярно?
Для примера того, что имеется в виду, возьмем очень интересную систему. Она называется клеточный автомат. Представьте, что ваша Вселенная — это простой ряд из белых и черных клеточек. Вы — бог этой Вселенной, и вам нужно заложить какое-то правило эволюции по времени. И вы закладываете очень простое правило: если сама клетка черная и соседние две клетки тоже черные, то в следующем шаге клетка будет белой (на картинке снизу слева), если клетка черная, сосед слева тоже черный, а сосед справа белый, то в следующем шаге клетка станет черной и так далее.
Таким образом можно задать универсальное правило (физику) вашей Вселенной. Записать этот закон можно с помощью нулей и единичек или, если перевести их в десятиричную запись, с помощью просто одного числа. В данном случае (на картинке) это будет правило 90. Эволюция такого клеточного автомата показана ниже.
Таких правил существует очень много. Есть правила, которые опираются на два предыдущих шага вместо одного или на нескольких соседей. Есть правила для двумерного клеточного автомата, где у нас теперь не ряд из черных и белых клеточек, а целая плоскость.
С помощью клеточных автоматов уже получают совершенно сложные, непредсказуемые фигуры — их используют в архитектуре и игровом дизайне для построения реалистичного ландшафта. Но, что удивительно, все это разнообразие, эти непредсказуемые формы и образы задаются всего лишь правилом из одного числа, все остальное — дело времени.
Но что, если все разнообразие нашего мира, все сложные образы, создаваемые нашей природой, и весь тот хаос, к которому стремится наш мир, — это всего лишь реализация какого-то клеточного автомата? Что, если мы просто являемся симуляцией клеточного автомата в чьем-нибудь компьютере?
Как мы поняли в первой части, в самой глубокой основе нашего мира лежат вполне обратимые законы, где по конечному состоянию можно восстановить начальное.
Поэтому если мир и есть клеточный автомат, то он должен также быть обратимым. Такие клеточные автоматы действительно есть, но у них есть одна проблема. У любого обратимого клеточного автомата есть цикл: через определенное число шагов Вселенная воссоздается в своем первоначальном виде снова, затем снова — и движется так по циклу.
В нашем мире, к сожалению, такого нет… Или есть? Французский математик Анри Пуанкаре для определенного типа систем заметил интересную вещь: в результате эволюции этих систем со временем они возвращались в свое первоначальное состояние, хотя изначально казалось, что стремятся они лишь в сторону хаоса. Такой цикл назвали циклом Пуанкаре.
Напрашивается очень интересная мысль. Да, действительно, газ из взорвавшегося гелиевого шарика в одну кучу обратно не соберется, но что, если подождать еще дольше? Что, если цикл Пуанкаре для такой системы очень большой? Есть целые космологические модели, основанные на гипотезе возврата Пуанкаре, одна из них принадлежит известному математику Пенроузу.
По его мнению, Вселенная сначала раздувается, затем схлопывается обратно, затем снова взрывается, раздувается и вновь схлопывается, повторяя в точности предыдущий цикл.
Но у такой теории циклической Вселенной есть большой минус: мы пока не знаем процессов, способных заставить Вселенную схлопнуться. Где их искать? Так ли хорошо мы знаем нашу Вселенную? Данные телескопа Planck показали, что примерно 98% энергии нашей Вселенной не заключено в звездах и вообще в обычном веществе, из которого состоим мы. Мы с грехом пополам знаем лишь о 2% нашей Вселенной, а об остальных 98% не знаем вообще ничего. То есть если представить, что наша Вселенная — это большой прекрасный замок с башнями, мостами, тронными залами и прочим, то из подвала мы пока не выходили, и кто знает, какие тайны ждут нас там, наверху.
Вселенная стремится к хаосу, пока жизнь ищет порядка. | by Конструктив Проект
Вы смотрели фильм “Иллюзия обмана 2”? Помните сцену, где Лула пыталась доказать, что она — доктор физических наук? Изображая гнев и неудовлетворенность отсутствием ответа на свой провокационный вопрос, героиня восклицает: “Каждый семиклассник, даже тупой, знает второй закон термодинамики.
Любая замкнутая система стремиться к беспорядку. Поэтому спрошу Вас ещё раз, сэр: в чем прикол?!”.
Из этой сцены мы с вами можем вынести две важных идеи: во-первых, Голливуд явно считает семиклассников слишком умными, а во-вторых, мера измерения хаоса является одной из важнейших физических характеристик, известных на сегодня человечеству. Так в чем прикол?
То явление, что описывается в упомянутой сцене, ученые называют умным словом “энтропия”. Энтропия — это мера неупорядоченности чего-либо. Если быть точнее — логарифм количества микросостояний в макросостоянии системы, если мы хотим запутаться. А если не хотим, то можем простоты ради представить эту физическую величину как количество вариантов осуществления некоторого состояния — например, нынешнего состояния всего сущего, если рассмотреть его как одну большую систему. Суть второго закона термодинамики заключается в том, что энтропия во Вселенной стремится к увеличению, а порядок постоянно уменьшается. Мы все и всё, что нас окружает — стремимся к хаосу.
Однако, если мы с вами посмотрим на эволюцию живых существ на нашей планете, мы вряд ли сможем заметить нечто подобное. Из века в век организмы становятся все более сложно устроенными, увеличиваются в размерах, становятся плотнее. Это значит, что все большее число органических молекул, из которых состоят клетки наших тел, располагаются относительно друг друга в строго детерминированных положениях. Из этих молекул складываются уникальные для каждого типа тканей, высокоспецифические клетки со строго определенными функциями. Из них — органы и системы органов, точно запрограмированные генетически и занимающие положенное им место в организме. Упорядоченность увеличивается. Энтропия падает.
Нарушает ли жизнь один из основных законов, лежащих в основах работы Вселенной? Вряд ли. В её основе лежит хрупкое равновесие между увеличением упорядоченности молекул в составе нашего организма и уменьшением упорядоченности окружающей среды. Живой организм — не замкнутая система, а открытая. Он включён во все круговороты веществ в природе, забирает из неё материю и энергию и в неё же отдаёт.
Мы потребляем пищу, разжевываем её зубами на мелкие кусочки, расщепляем ферментами молекулы на составные части — и увеличиваем энтропию. Мы дышим, разгоняя молекулы воздуха вокруг себя. Мы излучаем тепло, и это тепло нагревает среду вокруг нас, заставляя молекулы быстрее и быстрее плясать в хаотичном танце Броуновского движения. Все это ведёт к увеличению уровня беспорядочности в одной большой системе под названием Вселенная. И энтропия в ней, как и положено по закону — растёт.
Эволюция идёт, жизнь усложняется, организмы становятся упорядоченнее. Но, как бы драматично это не звучало, наше с вами существование окупается бесконечным хаосом, который мы ежедневно создаём вокруг себя.
Скрытая сила, усложняющая жизнь
Энтропия, мера беспорядка, объясняет, почему жизнь с течением времени становится все более, а не менее сложной.
***
Все вещи склонны к беспорядку. В частности, второй закон термодинамики гласит, что «по мере движения вперед чистая энтропия (степень беспорядка) любой изолированной или закрытой системы всегда будет увеличиваться (или, по крайней мере, оставаться неизменной)».
[1]
Энтропия — это просто мера беспорядка, влияющая на все аспекты нашей повседневной жизни. Фактически, вы можете думать об этом как о природном налоге. [2]
Неконтролируемый беспорядок со временем увеличивается. Энергия рассеивается, и системы растворяются в хаосе. Чем более беспорядочно нечто, тем более энтропийным мы его считаем. Короче говоря, мы можем определить энтропию как меру беспорядка во вселенной
«Ни публичное пламя, ни частное не смеет светить;
— Александр Поуп, Дунсиада
Не осталось ни искры человеческой, ни проблеска божественного!
Вот! твоя ужасная империя, Хаос! восстанавливается;
Свет умирает перед твоим несотворенным словом:
Твоя рука, великий Анарх! опускает занавес;
И вселенская тьма погребет все.
Когда вы читаете эту статью, энтропия окружает вас повсюду.
Клетки вашего тела умирают и деградируют, сотрудник или коллега совершают ошибку, пол становится пыльным, а тепло от вашего кофе распространяется. Немного уменьшите масштаб, и бизнес терпит крах, происходят преступления и революции, а отношениям приходит конец. Уменьшите масштаб еще больше, и мы увидим, как вся Вселенная движется к коллапсу.
Давайте посмотрим, что такое энтропия, почему она возникает и можем ли мы ее предотвратить.
Открытие энтропии
Определение энтропии приписывается Рудольфу Клаузиусу (1822–1888), немецкому математику и физику. Я говорю, что приписал , потому что именно молодой французский инженер Сади Карно (1796–1832) первым пришел к идее термодинамической эффективности; однако в то время эта идея была настолько чужда людям, что не оказала большого влияния. Клаузиус не обращал внимания на работу Карно, но придерживался тех же идей.
Клаузиус изучал превращение теплоты в работу. Он понял, что теплота от тела с высокой температурой будет переходить к телу с более низкой температурой.
Вот как ваш кофе остывает, чем дольше его не пьют — тепло от кофе уходит в комнату. Это происходит естественным образом. Но если вы хотите нагреть холодную воду для приготовления кофе, вам нужно совершить работу — вам нужен источник энергии для нагрева воды.
Из этой идеи вытекает утверждение Клаузиуса о втором законе термодинамики: «тепло не переходит от тела с низкой температурой к телу с высокой температурой без сопутствующего изменения в другом месте».
Клаузиус также заметил, что устройства, работающие на тепле, работали неожиданным образом: только часть энергии преобразовывалась в реальную работу. Природа накладывала налог. В недоумении учёные спрашивали, куда ушло остальное тепло и почему?
Клаузиус решил загадку, наблюдая за паровым двигателем и вычисляя, что энергия распространяется и покидает систему. В The Mechanical Theory of Heat, Клаузиус объясняет свои открытия:
… количество теплоты, которое должно быть сообщено или отведено от изменчивого тела, не является одним и тем же, когда эти изменения происходят необратимым образом, как они есть, когда одни и те же изменения происходят обратимо.
Во-вторых, с каждым необратимым изменением связано некомпенсированное превращение…… Величину S я предлагаю назвать энтропией тела… Я намеренно образовал слово энтропия так, чтобы оно было как можно более похоже на слово энергия….
Вторая основная теорема [второй закон термодинамики] в той форме, которую я ей придал, утверждает, что все превращения, происходящие в природе, могут происходить в определенном направлении, которое я принял за положительное, само собой, т. е. , без компенсации… [T] все состояние вселенной должно всегда продолжать изменяться в этом первом направлении, и, следовательно, вселенная должна постоянно приближаться к предельному состоянию.
… Для каждого тела тем самым представились две величины — величина преобразования его теплового содержания [количество подведенной энергии, которая превращается в «работу»] и его дисгрегация [отделение или распад]; сумма которых составляет его энтропию.
Клаузиус резюмировал понятие энтропии простыми словами: «Энергия Вселенной постоянна.
Энтропия Вселенной стремится к максимуму».
«Увеличение беспорядка или энтропии — это то, что отличает прошлое от будущего, задавая направление времени».
— Стивен Хокинг, Краткая история времени
Энтропия и время
Энтропия — одна из немногих концепций, подтверждающих существование времени. «Стрела времени» — это название, данное идее о том, что время асимметрично и течет только в одном направлении: вперед. Это необратимый процесс, при котором энтропия возрастает.
Астроном Артур Эддингтон впервые предложил концепцию Стрелы Времени в 1927 году, написав:
Давайте нарисуем стрелку произвольно. Если, следуя за стрелкой [], мы находим все больше и больше случайного элемента в состоянии мира, тогда стрелка указывает на будущее; если случайный элемент уменьшается [] стрелка указывает в прошлое. Это единственное различие, известное физике.
В сегменте Wonders of the Universe , подготовленном для BBC Two, физик Брайан Кокс объясняет: никогда не отменял.
Постоянные изменения являются фундаментальной частью того, что значит быть человеком. Мы все стареем с годами — люди рождаются, живут и умирают. Я полагаю, что это часть радости и трагедии нашей жизни, но там, во Вселенной, эти великие и эпические циклы кажутся вечными и неизменными. Но это иллюзия. Видите, в жизни вселенной, как и в нашей жизни, все необратимо меняется.
В своей пьесе Аркадия Том Стоппард использует новую метафору необратимой природы энтропии:
Когда ты размешиваешь рисовый пудинг, Септимус, ложка джема растекается, оставляя красные следы, как на картинке. метеора в моем астрономическом атласе. Но если размешать в обратном направлении, варенье снова не соберется. Действительно, пудинг этого не замечает и продолжает розоветь так же, как и раньше. Как вы думаете, это странно?
(Если хотите вовремя копнуть поглубже, рекомендую прекрасную книгу Джона Гриббина, Иллюзия времени .)
«Как студент, изучающий деловое администрирование, я знаю, что существует закон эволюции для организаций, столь же строгий и неизбежный, как и все в жизни.
— Роджер Желязны, Doorways in the SandЧем дольше он существует, тем больше он вытачивает ограничений, замедляющих его собственные функции. Он достигает энтропии в состоянии тотального нарциссизма. Только люди, достаточно далеко работающие в этой области, добиваются чего-либо, и каждый раз, когда они это делают, они нарушают в процессе полдюжины правил».
Чем дольше он существует, тем больше он вытачивает ограничений, замедляющих его собственные функции. Он достигает энтропии в состоянии тотального нарциссизма. Только люди, достаточно далеко работающие в этой области, добиваются чего-либо, и каждый раз, когда они это делают, они нарушают в процессе полдюжины правил».Энтропия в бизнесе и экономике
Большинство предприятий терпят неудачу — до 80% только за первые 18 месяцев. Один из способов понять это — провести аналогию с энтропией.
Энтропия — это принципиально вероятностная идея: для каждого возможного «полезно упорядоченного» состояния молекул существует гораздо больше возможных «неупорядоченных» состояний. Точно так же, как энергия стремится к менее полезному, более беспорядочному состоянию, то же самое происходит с предприятиями и организациями в целом. Чтобы привести молекулы — или бизнес-системы и людей — в «упорядоченное» состояние, требуется вливание внешней энергии.
Давайте представим, что мы начинаем компанию, запихивая 20 человек в офис с нечеткой, но амбициозной целью и без дальнейшего лидерства. Мы говорим им, что будем платить им, пока они работают. Через два месяца мы возвращаемся и обнаруживаем, что пятеро из них уволились, пятеро спят друг с другом, а остальные десять понятия не имеют, как решить целый список возникших проблем. Сотрудники, конечно, ненамного приблизились к поставленной перед ними цели. Все предприятие просто разваливается.
Это отчетливо напоминает энтропию: на каждую полезную организацию дел для достижения общей бизнес-цели приходится на много порядков больше договоренностей, которые ни к чему не приведут. Чтобы прогресс был, все должно быть устроено и управляться определенным образом; мы должны вкладывать много энергии, чтобы держать вещи в упорядоченном состоянии.
Конечно, это не идеальная аналогия: мы должны рассмотреть явление самоорганизации, которое происходит во многих системах, вплоть до человеческих организаций.
«… Конечная цель жизни, разума и человеческих стремлений: использовать энергию и информацию, чтобы дать отпор потоку энтропии и создать убежища благотворного порядка».
— Стивен Пинкер
На практике обе модели кажутся полезными в разное время. Любой стартап-предприниматель, проработавший достаточно долго, чтобы увидеть, как компания процветает неожиданным образом, знает это. Объем необходимого тщательного управления будет варьироваться. В физике энтропия — это закон; в социальных системах это просто тенденция, хотя и сильная, что и говорить.
Энтропия присутствует во всех аспектах бизнеса. Сотрудники могут забыть об обучении, потерять энтузиазм, срезать углы и игнорировать правила. Оборудование может сломаться, стать неэффективным или использоваться не по назначению.
Успешный бизнес вкладывает время и деньги в минимизацию энтропии. Например, они обеспечивают регулярное обучение персонала, хорошие отчеты о любых проблемах, проверки, подробные файлы и отчеты об успехах и неудачах. Все, что меньше, будет означать почти неизбежные проблемы и потерю потенциального дохода. Без необходимых усилий бизнес достигнет точки максимальной энтропии: банкротства.
К счастью, в отличие от термодинамических систем, бизнес может обратить вспять влияние энтропии. Однако необходимо соблюдать баланс между творчеством и контролем. Слишком маленькая автономия сотрудников приводит к незаинтересованности, а слишком большая — к неверным решениям.
Энтропия в социологии
Без постоянной поддержки со стороны отдельных лиц и господствующих институтов общества стремятся к хаосу. Дивергентное поведение обостряется — концепция, известная как теория «разбитых окон».
Социолог Кеннет Бейли пишет:
Когда я начал изучать понятие энтропии, мне стало ясно, что термодинамическая энтропия — всего лишь один из примеров понятия с гораздо более широким применением… Я убедился, что энтропия применима и к социальным явлениям.
Один из примеров того, что происходит, когда энтропия неконтролируемо возрастает, произошел в городе-крепости Коулун. В течение длительного времени Коулун был заброшен правительством после того, как британцы взяли под свой контроль Гонконг. В какой-то момент около 33 000 жителей были забиты в 300 зданий площадью более 6,4 акров, что сделало Коулун самым густонаселенным местом на земле. Поскольку места для нового строительства не было, к существующим зданиям были добавлены этажи. Из-за минимального водоснабжения и отсутствия вентиляции (нижние уровни не попадали на солнечный свет или свежий воздух) страдало здоровье жителей. Наряду с публичными домами и игорными заведениями процветало сообщество нелицензированных медицинских работников.
Поскольку никто не контролировал город, его захватили организованные преступные группировки. Он стал пристанищем для беззакония. Хотя полиция была слишком напугана, чтобы предпринимать какие-либо попытки восстановить порядок, жители действительно предпринимали отчаянные попытки уменьшить энтропию самостоятельно. Группы, созданные для улучшения качества жизни, создания благотворительных организаций, мест для религиозных обрядов, детских садов и предприятий для получения дохода.
В 1987 году правительство Гонконга признало штат Коулун. Правительство разрушило и восстановило город, выселив жителей и разрушив все исторические здания, кроме нескольких. Хотя бывшим жителям была предоставлена разумная компенсация, многие были несколько недовольны проектом восстановления.
Глядя на фотографии и слушая истории из Коулуна, мы должны задаться вопросом, были бы все города такими без постоянного контроля. Был ли Коулун единичным случаем, когда несколько гнилых парней принесли мирному месту ужасную репутацию? Или хаос — это наше естественное состояние?
Излишне говорить, что Коулун не был единичным случаем.
Мы видели хаос и жестокость, развязанные во время войны во Вьетнаме, когда многие молодые люди, имея слишком много боеприпасов и слишком мало приказов, приступали к убийству и пыткам всех живых существ, с которыми сталкивались. Мы видим это по всему миру прямо сейчас, где места без правоохранительных органов (включая Сомали и Западную Сахару) сталкиваются с непрекращающимися гражданскими войнами, голодом и высоким уровнем преступности.
Социологи используют интуитивно понятный термин для этого явления: социальная энтропия. Общество должно прилагать постоянные усилия, чтобы остановить неизбежное движение к опасному хаосу. Снижение социальной энтропии, как правило, требует стабильного правительства, активного правоприменения, организованной экономики, значимой занятости для большого процента людей, инфраструктуры и образования.
Однако грань между контролем над энтропией и подавлением свободы людей тонка. Чрезмерный контроль может привести к ситуации, похожей на паноптикум Фуко, когда люди находятся под постоянным наблюдением, лишены свободы слова и передвижения, лишены и других прав и подвергаются чрезмерно усердному правоприменению.
Такой подход контрпродуктивен и в конечном итоге приводит к бунту, как только сформируется критическая масса несогласных.
«Все, что соединяется вместе, разваливается. Все. Стул, на котором я сижу. Он был построен, и поэтому он развалится. Я развалюсь, наверное, раньше этого стула. И ты развалишься. Клетки, органы и системы, из которых вы состоите, — они собрались вместе, срослись и поэтому должны развалиться. Будда знал одну вещь, которую наука не могла доказать на протяжении тысячелетий после его смерти: энтропия увеличивается. Все идет под откос.»
— Джон Грин, В поисках Аляски
Энтропия в нашей повседневной жизни
Все мы наблюдаем энтропию в нашей повседневной жизни. Все стремится к беспорядку. Жизнь всегда кажется более сложной. Когда-то опрятные комнаты становятся захламленными и пыльными. Крепкие отношения рушатся и заканчиваются. Некогда молодое лицо сморщивается, а волосы седеют. Сложные навыки забываются. Здания разрушаются из-за трещин в кирпичной кладке, сколов краски и отслоения плитки.
Энтропия — важная ментальная модель, поскольку она применима ко всем аспектам нашей жизни. Это неизбежно, и даже если мы попытаемся игнорировать это, результатом будет своего рода коллапс. Подлинное понимание энтропии ведет к радикальному изменению нашего взгляда на мир. Незнание этого является причиной многих наших самых больших ошибок и неудач. Мы не можем ожидать, что что-то останется таким, каким мы его оставили. Чтобы сохранить наше здоровье, отношения, карьеру, навыки, знания, общества и имущество, требуются бесконечные усилия и бдительность. Беспорядок — это не ошибка; это у нас по умолчанию. Порядок всегда искусственный и временный.
Это кажется грустным или бессмысленным? Это не. Представьте себе мир без энтропии — все остается таким, каким мы его оставили, никто не стареет и не болеет, ничего не ломается и не выходит из строя, все остается первозданным. Возможно, это также был бы мир без инноваций и творчества, мир без срочности или потребности в прогрессе.
Целью жизни многих людей является улучшение мира для будущих поколений. Они проводят акции протеста, принимают новые законы, создают новые формы технологий, работают над сокращением бедности и преследуют другие благородные цели. Каждый из нас прилагает собственные усилия, чтобы уменьшить беспорядок. Существование энтропии — вот что держит нас в напряжении.
Ментальные модели эффективны, потому что они позволяют нам разобраться в окружающем нас беспорядке. Они дают нам кратчайший путь к пониманию хаотичного мира и осуществлению некоторого контроля над ним.
В Информация: история, теория, потоп , пишет Джеймс Глейк,
Организмы организуются. … Мы сортируем почту, строим замки из песка, собираем пазлы, отделяем зерна от плевел, переставляем шахматные фигуры, собираем марки, расставляем книги по алфавиту, создаем симметрию, сочиняем сонеты и сонаты, наводим порядок в наших комнатах… Мы пропагандируем структуру (не только мы люди, но мы живые).
Мы нарушаем тенденцию к равновесию. Было бы абсурдно пытаться термодинамически объяснить такие процессы, но не абсурдно говорить, что мы уменьшаем энтропию шаг за шагом. Шаг за шагом… Живые существа не только уменьшают беспорядок в окружающей их среде; они сами по себе, их скелеты и их плоть, везикулы и мембраны, раковины и панцири, листья и цветки, системы кровообращения и метаболические пути — чудеса узора и структуры. Иногда кажется, что сдерживание энтропии — наша донкихотская цель во Вселенной.Вопрос не в том, можем ли мы предотвратить энтропию (мы не можем), а в том, как мы можем ее обуздать, контролировать, работать с ней и понимать ее. Как мы видели в начале этого поста, энтропия окружает нас повсюду. Теперь, вероятно, пришло время исправить ошибку, которую только что допустил сотрудник или коллега, убрать беспорядок на столе и подогреть холодный кофе.
Как я могу использовать энтропию в своих интересах?
Здесь все становится интереснее.
Независимо от того, начинаете ли вы свой бизнес или пытаетесь внести изменения в свою организацию, понимание абстракции энтропии как ментальной модели поможет вам более эффективно достигать своих целей.
Поскольку со временем все естественным образом приходит в беспорядок, мы можем настроить себя так, чтобы создать стабильность. Существует два типа устойчивости: активная и пассивная. Рассмотрим корабль, который, если он хорошо спроектирован, должен быть в состоянии пройти через шторм без вмешательства. Это пассивная стабильность. Реактивному истребителю, напротив, требуется активная устойчивость. Самолет не может лететь дольше нескольких секунд, не регулируя крылья. Эта настройка происходит настолько быстро, что ею управляет программное обеспечение. Здесь нет врожденной стабильности: если отключить питание, самолет падает. [3]
Люди попадают в беду, когда путают два типа стабильности. Отношения, например, требуют внимания и заботы. Если вы предполагаете, что ваши отношения пассивно стабильны, однажды вы проснетесь с бумагами о разводе.
Ваш дом также не является пассивно стабильным. Если его не чистить регулярно, он будет становиться все более и более грязным.
Организации также нуждаются в стабильности. Если ваша компания зависит от долга, вы не пассивно стабильны, а активно стабильны. С учетом запаса прочности это означает, что люди, дающие вам кредит, должны быть пассивно стабильными. Если вы оба активно стабильны, то, когда мощность отключится, вы, скорее всего, окажетесь в позиции слабости, а не силы.
При активной стабильности вы прикладываете энергию к системе, чтобы получить некоторое преимущество (уберечь самолет от крушения, сохранить ваши отношения, сделать дом чистым и т. д.). Если мы продвинемся немного дальше по кроличьей норе , мы можем видеть, как применение одного и того же количества энергии может привести к совершенно разным результатам.
Проведем аналогию с кашлем. [4] Кашель — это передача энергии в виде тепла. Если вы кашляете в тихой кофейне, которую вы можете представить как систему с низкой энтропией, вы вызываете большие изменения.
Твой кашель раздражает. С другой стороны, если вы кашляете на Таймс-сквер, системе с большой энтропией, тот же самый кашель не окажет никакого влияния. Хотя вы изменяете энтропию в обоих случаях, воздействие, которое вы оказываете при одном и том же кашле, пропорционально существующей энтропии.
Теперь подумайте об этом примере применительно к вашей организации. Вы тратите энергию, чтобы что-то сделать. Чем выше энтропия в системе, тем менее эффективной будет используемая вами энергия. Один и тот же человек, прилагающий 20 единиц энергии в крупной бюрократии, увидит меньший эффект, чем тот, кто применяет те же 20 единиц в небольшом стартапе.
Вы можете подумать об этой идее и в соревновательном смысле. Если вы начинаете бизнес и конкурируете с очень эффективными и действенными людьми, много усилий будет поглощено. Это будет не очень эффективно. Если, с другой стороны, вы соревнуетесь с менее эффективными и результативными людьми, такое же количество энергии будет более эффективно преобразовываться.
По сути, чтобы произошло изменение, вы должны приложить к системе больше энергии, чем извлекается системой.
Если вы еще не являетесь участником Farnam Street, посмотрите, что вам не хватает.
[3] По произведению Тома Томбрелло
[4] Получено из работы Питера Аткинса в книге «Законы термодинамики: очень краткое введение». Хаос правит вселенной. Но жизнь дает отпор, взращивая порядок и структуру в водовороте. Астрофизик Адам Франк говорит, что наша борьба с неумолимыми силами энтропии — это подарок космосу.
Мнение
13.7: Космос и культура
Это последняя часть серии Адама Фрэнка «Как увидеть вселенную в песчинке: работа над тем, чтобы увидеть необычное в обычном ».
Все скажут вам, что время идет. Но никто никогда не скажет вам, почему. Что ж, на этот счет у меня есть хорошие и плохие новости.
iStockphoto.com
iStockphoto.com
Хорошая новость заключается в том, что самые глубокие ответы на вневременной вопрос времени скрыты у всех на виду. Он прямо здесь, прямо перед вами, так же очевиден, как тот беспорядок на столе, который вы собирались убрать все лето. И вы найдете плохие новости точно в том же месте.
Сентябрь — хорошее время для организации. Мы идем в школу или возвращаемся на работу с решимостью собраться вместе . Мы собираемся очистить наши файлы, привести в порядок наши тетради, приручить этот хаос на наших столах и, наконец, сделать хорошую работу.
Это прекрасное чувство, и на какое-то время мы, возможно, даже продвинемся вперед. Но вот суровая правда, правда, открытая физикой: мы обречены на неудачу, потому что Вселенная настроена против нас, против порядка.
Видите ли, космос любит хаос. Вот как это придает смысл времени. И в этом любовном романе определились наши судьбы. Это история, которая начинается с одного из наших величайших научных достижений.
Около 400 лет назад Исаак Ньютон выяснил основные законы, управляющие материей и движением. Используя эти законы, он мог предсказать все, от движения планет до точной траектории удара по берегу в игре в бильярд.
Была только одна проблема: законы Ньютона не могут определить время.
Точнее, они не могут указать направление времени. Сделайте фильм о том, как два бильярдных шара ударяются друг о друга, и законы Ньютона не смогут сказать вам, в каком направлении должен двигаться фильм. всего нет разницы между прошлым и будущим в базовом описании физики Ньютоном.
Конечно, в жизни у нас нет проблем отличить прошлое от будущего. Мы взбиваем яйца в омлеты, но никогда не можем их снова превратить в яйца. Мы говорим что-то жестокое любимому человеку и никогда не сможем этого не сказать.
Мы всегда движемся от прошлого к будущему, от юности к старости, от рождения к неизбежному концу.
Что же тогда пускает стрелу времени вперед? Почему будущее отличается от прошлого? Или, выражаясь более лично, почему мы должны умирать?
Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно вернуться к вашему захламленному столу.
Все эти счета, которые вам нужно оплатить, все эти страховые формы, которые вам нужно заполнить, все эти письма ко дню рождения, на которые вы должны ответить (вы знаете, то, что тетя Эдна сидит там уже четыре месяца) — они представляют собой хаос .
Это беспорядок.
И чтобы навести порядок в этом бардаке, нужно поработать. Вы должны перебрать стопки и сделать новые стопки; вы должны решить, какие вещи хранить, а какие выбрасывать. Вы должны проделать работу, чтобы создать порядок из хаоса , и именно здесь вступает в действие новая физика.
Еще в 1800-х годах ученые, изучающие паровые двигатели — и все это — споткнулись о новый фундаментальный закон природы: Природа всегда движется от порядка к беспорядку.
Хотя вы можете уменьшить хаос в одном небольшом месте, например, на своем столе, сама работа, которую вы делаете, создает больше беспорядка для остальной вселенной.
Когда вы, наконец, сдаетесь и выбрасываете поздравительную открытку тети Эдны, куда она девается? Во Вселенную через свалку. Даже умственная работа, связанная с размышлениями о том, куда положить форму стоматологической страховки, нагревает ваш мозг, который нагревает воздух вокруг вашей головы, что заставляет атомы в комнате подпрыгивать немного более хаотично.
И вот, прямо здесь, стрела времени вылетает из лука.
Физики обнаружили, что неизбежное сползание Вселенной от порядка к хаосу является поступательным движением времени . У них даже есть для него название: энтропия . И космическое увеличение энтропии требуется новой частью физики, которую они открыли: (священным) вторым законом термодинамики.
Поступательное движение хаоса — от вашего недавно прибранного стола к возможному беспорядку, к которому он вернется — это второй закон термодинамики и поступательное движение времени.