ЖИЗНЬ – НЕОТЪЕМЛЕМАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ ЭВОЛЮЦИИ МАТЕРИИ

Г. П. Гладышев

Термодинамика – наука, изучающая наиболее общие свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия. Выводы термодинамики имеют универсальный характер. Термодинамика, в классическом понимании, не предполагает описание процессов во времени. Она выявляет направление и степень завершённости исследуемого процесса при стремлении системы к состоянию равновесия. Термодинамика не использует каких-либо допущений относительно структуры взаимодействующих частиц или относительно механизма процесса, приводящего к равновесию.

Хотя в реальном развивающемся мире равновесий, строго говоря, не существует, во многих случаях изучаемые системы или их подсистемы в определённых шкалах времени с хорошим приближением можно считать равновесными. То же самое можно говорить о некоторых процессах, которые протекают сравнительно медленно, и их, практически, можно считать равновесными. Таким образом, если допустимо утверждать, что функции состояния (функции, дифференциалы которых являются полными) изучаемых систем в каждый момент времени имеют реальный физический смысл, то разумно говорить о факторе времени в термодинамике. Это относится не только к системам, но и к процессам, протекающим в условиях, близких к состоянию равновесия. При этом часто целесообразно исследовать изменение степени завершённости рассматриваемого процесса во времени. В подобных случаях можно говорить о квазизакрытых системах и квазиравновесных процессах. Такой подход следует связывать со сравнительно новой областью исследования, которую целесообразно, по-видимому, называть «термодинамической кинетикой».

Следует иметь в виду, что на протяжении последнего века было предпринято много попыток, касающихся создания неравновесной термодинамики систем (процессов), далёких от состояния равновесия. Для изучения эволюции и поведения таких систем вводились функции, не имеющие полных дифференциалов. Однако к настоящему времени большинство подобных теорий, направленных на количественное термодинамическое описание систем, далёких от состояния равновесия, не дало ожидаемых существенных результатов. Такие теории, по-видимому, можно считать пробными, а в ряде случаев, – неэффективными, и даже ошибочными.

Кроме того, упомянутые попытки часто сопровождались неимоверной путаницей. Эта путаница, прежде всего, основана на неправильном использовании общепринятых терминов и непонимании физической сущности явлений. Особенно много недоразумений связано с представлением об энтропии. Известно, что существует много типов энтропии, которые имеют общее только в семантическом смысле самого термина. Подавляющее большинство представлений об энтропии не связано с классической энтропией Р. Клаузиуса и Дж. У. Гиббса, применяемой в классической (феноменологической) термодинамике. Известны даже недоразумения, касающиеся использования терминов «изолированная система» и «закрытая система». Эти недоразумения проникли в отдельные учебники, и даже – в некоторые энциклопедические и справочные издания, и отсюда – в Интернет. Как хорошо известно, при исследовании поведения (эволюции) названных типов систем используются разные термодинамические функции состояния. Недоучёт этих обстоятельств приводит к полной бессмысленности каких-либо заключений относительно направленности рассматриваемых процессов.

Автор настоящей статьи употребляет термины «термодинамика», «иерархическая термодинамика», или «макротермодинамика», а также другую терминологию только в соответствии с представлениями классической термодинамики. Однако при этом, само собой разумеется, в связи с использованием классических представлений применительно к реальным, близким к равновесию динамическим системам, я говорю, прежде всего, о квазизакрытых системах и квазиравновесных процессах. В этом случае для предсказания направленности процессов и изучения степени их завершённости во времени (т. е., в ходе эволюции системы) используется изменение удельной величины функции Гиббса, как наиболее подходящей функции для исследования соответствующих эволюционирующих реальных биологических систем.

В заключение этого раздела замечу, что читателю необходимо помнить о существующих недоразумениях, касающихся термодинамики. Я полагаю, что при осмысливании излагаемой теории следует опираться на классические учебники (прежде всего, – физической химии), написанные крупными представителями всемирно признанных научных школ, – школ, произрастающих из глубины веков.

Комментарии