What is Thermodynamics?

Что такое термодинамика

Георгий Гладышев

Georgi Gladyshev

Термодинамика, и только она, управляет всем, что происходит в мире. Термодинамика применяет аппарат полных дифференциалов и изучает изменение функций состояния. Термодинамика – движущая сила всех эволюционных явлений и процессов развития.

Thermodynamics governs by everything that happens in the world. Thermodynamics uses the apparatus of full differentials and examines changes of state functions. Thermodynamics is the driving force of evolution and development.

Ключевыеслова: термодинамика, эволюция, жизнь

Keywords: thermodynamics, evolution, life  

    

 “… истинная, единственная цель науки –
раскрытие не механизма, а единства”.
Анри Пуанкаре

 

 

Термодинамика в ее классическом понимании основана на общих законах природы и опирается на аппарат полных дифференциалов. Ее применение возможно и целесообразно только при исследовании идеализированных равновесных систем, а также при изучении реальных квазиизолированных или квазизакрытых систем и квазиравновесных процессов.

Другими словами, термодинамику, практически, возможно использовать при условии, когда можно допустить, что функции состояния систем (то есть функции, имеющие полные дифференциалы) с достаточным приближением имеют реальный физический смысл. Исследование квазиизолированных или квазизакрытых систем и квазиравновесных процессов возможно методами кинетической термодинамики, при допущении, что функции состояния этих систем с  заданным приближением близки к функциям состояния равновесных систем.  Представление о полных дифференциалах является единственной математической основой, позволяющей однозначно характеризовать физическое состояние равновесной или квазиравновесной термодинамической системы.

Современную термодинамику интересуют как самопроизвольные, так и несамопроизвольные процессы, протекающие под действием любых физических сил и воздействий в гомогенных или гетерогенных системах.

Сказанное составляет предмет термодинамики.

Системы и процессы, не относящиеся к указанным случаям, не рассматриваются термодинамикой в строгом смысле этого термина. Они могут быть исследованы только чисто кинетическими методами. Однако следует иметь в виду, что многие авторы называли и продолжают называть термодинамикой разделы знания, которые относятся к области кинетики. Такими областями знания являются, например, “термодинамика” систем и процессов, далеких от состояния равновесия и “термодинамика” диссипативных структур Ильи Пригожина. Кроме того, ряд авторов пытается применять эклектические приемы при изучении сложных явлений. Они не учитывают феноменологические подходы иерархической термодинамики, хорошо описывающей многие реальные гетерогенные системы. 

Термодинамика, как и другие области науки, может независимо изучать подобные (однотипные) системы, относящиеся, как правило, к моноиерархическому типу. Только в этом случае уместно записывать какие-либо дифференциальные уравнения, решение которых имеет реальный физический смысл. Термодинамика может также исследовать взаимодействие структур, принадлежащих к разным иерархиям. Однако в этом случае возможно появление нелинейностей, затрудняющих осмысливание результатов исследований на научной основе.

Биологические системы являются полииерархическими, поэтому их общее описание (одновременно учитывающее детали процессов на всех иерархических уровнях) не перспективно с позиции науки. Однако если возможно выделять отельные временные’ иерархические уровни в биологических системах, преобразования в таких отдельных иерархических уровнях  можно исследовать независимо. Это также позволяет, в линейном приближении, исследовать взаимодействие между смежными иерархическими уровнями и применять принцип стабильности вещества.

Оказалось, что существует закон - закон временных иерархий, который позволяет рассматривать процессы, протекающие на каждом иерархическом уровне, практически, независимо от процессов, протекающих на других иерархических уровнях. Это соответствует разумности описания физических явлений, основанной на разделении времен протекания (завершения) разнообразных процессов.

Для ясности осознания закона временных иерархий сделаю простое пояснение. Пусть в системе протекают интересующие нас процессы, которые завершаются в течение часа. Кроме того, пусть в этой же системе наблюдаются очень быстрые процессы, продолжительностью секунды, а также - протекают весьма медленные процессы, которые завершаются в течение года. Разумеется, мы можем исследовать интересующий нас процесс, независимо от быстрых и медленных процессов. Это вполне очевидно. Так вот, превращения структур в различных смежных иерархиях протекают в несоизмеримых временных’ иерархиях, то есть в иерархиях, временные’ масштабы которых отличаются знаками сильных неравенств. В этом и есть суть закона временных иерархий. Природа сама делает разделение многих процессов, скорости которых несоизмеримы. Этот закон как бы дан (предносим)  нам извне. Поэтому его можно считать общим законом Природы.

Закон временных иерархий позволяет применять термодинамику к живым биологическим системам, а также ко многим системам реального мира, например,- к ряду геологических, атмосферных и экологических систем. Этот закон открывает путь обоснованного применения термодинамики к эволюции нашей  Вселенной и отвечает на вопрос: ”почему термодинамика может быть применена к любым живым и неживым системам, в которых протекают разномасштабные (независимые) временные’ процессы?” 

 

  Литература

Alberty Robert A., Silbey Robert J. (2001). Physical Chemistry, 3rd Ed. New York: John Wiley & Sons.

Gibbs, W. (1876). The Scientific Papers of J. Willard Gibbs: "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances", Vol. 1, Thermodynamics. Connecticut: Ox Bow Press.

Gladyshev, G. (1978) Journal of Theoretical Biology Volume 75, Issue 4, 21 December 1978, Pages 425-441.

Gladyshev, G. (1997). Thermodynamic Theory of the Evolution of Living Beings. New York: Nova Science Publishers, Inc.

Gladyshev, G. (2003). Supramolecular Thermodynamics - a Key to Understanding the Phenomenon of Life (in Russian). Moscow - Izhevsk. ISBN: 59397-21982.

Gladyshev, G. (2006). "The Principle of Substance Stability is Applicable to all Levels of Organization of Living Matter." Int. J. Mol. Sci. 2006, 7, 98-110 - International Journal of Molecular Sciences (IJMS) (ISSN: 1422-0067 Online; ISSN: 1424-6783 CD-ROM; CODEN: IJMCFK). [PDF], [URL]

Poincare, Henry (1905). “Hypotheses in Physics”. Chapter 9 in “Science and Hypothesis. London: Walter Scott Publishing (1905) Pages 140-159.

http://www.brocku.ca/MeadProject/Poincare/Poincare_1905_10.html

Thims, Libb (2007). Human Chemistry (Volume One). LuLu. О представлениях несоответствующих современной науке см.: http://endeav.net/news/23-life.html

Thims, Libb (2009). The Encyclopedia of Human Thermodynamics. http://www.eoht.info/  О представлениях несоответствующих современной науке см.: http://endeav.net/news/23-life.html  

Харитонов Юрий Я. (2009). Физическая химия. Москва: “ГЭОТАР”- Медиа.