Сутнісні начала природи, або чого навчає вчення про Трійцю. 17 страница

На цьому збіги не закінчуються. Одну з величин, що харак­теризує кількість інформації, яку несе і-й знак повідомлення,

Шеннон узагалі назвав ентропією (І. = ~N^p_i ■ log₂ p., де

N - кількість знаків у повідомленні, ар. - імовірність появи і-го

знака). Згодом ця величина дістала назву ентропія Шеннона.

Отже, найважливіша інформаційна характеристика систе­ми, у якої параметри її стану мають імовірнісний характер, на­звана ентропією. Але ентропією називається також один із най­важливіших параметрів, що характеризують енергетичний стан системи. Чи випадково це?

Ні. Адже енергетичний стан системи безпосередньо пов'яза­ний з імовірним розподілом станів елементарних частинок, з яких складається будь-яка система. А як ми щойно перекона­лися, характеристика цього є інформаційним параметром.

Подібність інформації та ентропії не випадкова. Як уже було сказано, ентропія є мірою невпорядкованості системи. Це мож­на трактувати як міру нестачі інформації з упорядкування. Зв'я­зок інформації з ентропією особливо яскраво показано на при­кладі дії «демона Максвела», описаного на початку даного під­розділу.

Аргументи вченого

М.В. Волькенштейн: «Доповнюваність інформації та ентропії означає, напри­клад, що при випарі рідини зникає інформація про місцезнаходження моле­кул у певній частині простору - в посудині. Відбувається еквівалентне зрос­тання ентропії. Інформація про перебування молекуп у посудині перетворю­ється на інформацію про кореляцію між положеннями і швидкостями моле­кул у газі, що виникають при їх зіткненнях. Але це вже не інформація. Це ентропія» (Волькенштейн, 1986).

Можна сказати інакше: надходження інформації в систему збільшує її упорядкованість і знижує її ентропію.

221

9.4. Енергетичні джерела інформації

Трохи спрощуючи, можна сказати, що інформація - це те, що робить один предмет або явище відмінним від іншого. Саме з цією властивістю інформації пов'язані, зокрема, підходи до її визначення на основі категорії розбіжності, ступеня різноманіт­тя чи ступеня свободи руху (зміни). Уважне вивчення інформа­ційного начала, утім, переконує, що ці підходи не суперечать один одному, а лише висвітлюють різні грані даної глибинної категорії, взаємодоповнюють загальну її картину.

Виходячи з вищесказаного, можна говорити, що інформацією може володіти лише щось, що має хоч якісь відмітні риси.

Подробиці________________________________________________

Тепер доречно замислитися, чим може відрізнятися один предмет чи одне явище від іншого. Подібними відмітними властивостями можуть бути: фор­ма, розмір, пропорції, структура, колір, запах, які-небудь фізичні чи хімічні характеристики (наприклад, твердість, еластичність, теплопровідність, елект­ропровідність, їн.) або параметри зміни певних властивостей у часі (зокре­ма, здатність до коливального чи обертального руху і т.д.)- Усі Ц' властивості — результат різних енергетичних потенціалів, що дозволяють системі зміню­ватися в одних напрямках простору або періодах часу і не змінюватися в інших. Наприклад, форма - це результат енергетичної здатності тіла підтри­мувати певну структуру; колір залежить від енергетичної здатності тіла по-різному відбивати різні спектральні діапазони видимого світла і т.д.

Нагадаємо скорочено визначення потенціалу, що ми дали раніше. Потен­ціал - це наявність у певного об'єкта фізико-хімічних властивостей, що ство­рюють можливість виконати роботу. Цю роботу здійснюють будь-які пред­мети (обов'язково витрачаючи при цьому енергію) для підтримання своїх відмітних властивостей.

Інформацію формує закріплена пам'яттю різниця енергети­чних потенціалів предметів та явищ.

Подібні розпізнавальні потенціали і їх межі формують упо­рядкованість різних систем та їхніх елементів. Ця упорядкова­ність передається різними ступенями свободи руху окремих еле­ментів і всієї системи в цілому.

Ідентифікаційність (відмітність) з'являється в елементів роз­глянутої множини лише тоді, коли вони починають розрізняти­ся. Відмітні властивості можуть бути задані (у чому ми переко-

222

налися раніш) тільки розбіжністю енергетичних потенціалів кожного елемента з розглянутої множини.

В міру виникнення розбіжності між елементами (різниці ене­ргетичних потенціалів) виникають передумови упорядкованості системи. Вони будуть реалізовані лише тоді, коли виникне поря­док, який визначає взаємозв'язки в просторі і часі елементів множини. Ці дві умови: енергетичні потенціали, сформовані роз­біжностями окремих елементів, і просторово-часовий порядок взаємозв'язку між ними - створюють можливість руху енергії та речовини всередині розглянутої множини. Якщо обидві згадані умови закріплюються пам'яттю, тобто починають відтворювати­ся багаторазово, можна говорити про те, що множина елементів починає перетворюватися в систему. Усе це, тобто енергетичний потенціал і просторово-часовий порядок його¹ реалізації, і є тим, що називається упорядкованістю системи, чи її інформацією.

Аналізуючи процес виникнення інформації в міру впоряд­кованості системи, на наш погляд, доречно зупинитися на кіль­кох найбільш важливих моментах.

1. Виникнення енергетичного потенціалу. В упорядковано­му стані системи колись однорідні (рівноважні) елементи набу­вають енергетичні потенціали, що відрізняються від відповід­них параметрів інших елементів зовнішнього середовища. Це може статися, скажімо, у результаті випадкових флуктуацій.

Завдяки даним енергетичним потенціалам елементи набува­ють можливість певного руху щодо інших елементів середови­ща. Можна сказати, що елементи системи знаходять реальні ступені свободи замість потенційних, тобто одержують потенці­али руху, обмежені разом з тим визначеними межами.

Примітка

У даному випадку під рухом мається на увазі не тільки і навіть не стільки механічне переміщення, скільки універсальна здатність змінюватися. А це передбачає також електромагнітні, акустичні, хімічні та інші види реалізації енергетичного потенціалу.

Таким чином, елементи набувають можливість практично реалізувати частину ступенів свободи із потенційно можливих (але не реалізованих у стані повної рівноваги).

Підкреслимо одну важливу деталь: на початкових стадіях розвитку системи з рівноважної множини однорідних елементів

223

ступені свободи обумовлені головним чином величиною формо­ваних (виникаючих) енергетичних потенціалів. У цьому ж і го­ловна причина виникаючих обмежень. Елементи можуть змі­нюватися (рухатися) настільки, наскільки вистачає їхніх по­тенціалів.

В міру посилення індивідуальних потенціалів окремих еле­ментів велику роль в обмеженні їхніх ступенів свободи відігра­ватиме не власна потенція, а обмеження, обумовлені іншими елементами, - так звані зв'язки. Можна сказати, що по досяг­ненні деякого ступеня розвитку системи елементи можуть змі­нюватися (рухатися) настільки, наскільки їм дозволяють сту­пені свободи інших елементів.

Таким чином, інформація на початкових етапах самооргані­зації систем виникає завдяки емансипації окремих елементів природи, тобто знаходження ними ступенів свободи. Значення ступенів свободи, а разом з ними і обсяг інформації, що харак­теризує кожний окремий елемент, може зменшуватися в міру ^посилення зв'язків у системі, тобто сил взаємодії окремих еле­ментів між собою (у чому ми переконаємося далі).

Примітка

Вважаємо за доречне звернути увагу на одну примітну деталь. Інформація народжується з різниці енергетичних потенціалів. Причому, щоб стати інфор­мацією, ця різниця повинна відтворюватися (народжуватися) постійно. Це забезпечує пам'ять системи.

Саме так, відповідно до християнського вчення, відбувається «предвічне народження» Бога-Сина (Слова-Логосу) від Бога-Отця, що розглядається як першопричина, чи «первинна потенція» творення сутнісного світу. Від нього ж - Бога-Отця - виходить Святий Дух, що, з'єднуючись зі Словом, реалізує креативну здатність природи, створюючи її творіння.

2. Формування кількісного значення інформації. Кількість інформації, якою володіє будь-який стан системи, обумовлена двома ключовими факторами: по-перше, кількістю можливих напрямків зміни системи (п); по-друге, параметрами кількіс­них значень змін за кожним із напрямків (т). Фактично йдеть­ся про вектор енергетичного потенціалу (п) і про його кількісне значення (/п).

Виконаний аналіз дозволяє підійти до розуміння ще однієї важливої характеристики, що впливає на величину інформації, - імовірної оцінки розглянутого потенціалу. Річ у тім, що саме

224

А/ж N_u=No/e No *n

Рис. 9.1. Залежність кількості інформації від кількості можливих

змін систем

вона є своєрідним результатом дії розглянутих двох характери­стик. Як правило, чим вище значення енергетичного потенці­алу, тим меншому значенню імовірності воно відповідає.

Спробуємо проаналізувати зміну інформації в системі за гра­фіком (рис. 9.1). Відповідно до вихідної формули оцінки інфор­мації її величина змінюється за логарифмічною залежністю від кількості способів зміни стану системи.

Крайня точка праворуч (N_Q) сполучена з початковим станом розвитку системи (система цілком «розібрана» на однорідні еле­менти, що знаходяться в рівновазі). Цьому стану відповідає максимальна кількість можливих змін (М₀ = М), однак реаліза­ція їх неможлива через нульовий енергетичний потенціал (це відповідає максимальній імовірності станів р. —> max.)

Крайня ліва точка на графіку (N ) сполучена з максималь-ним ступенем зарегулювання системи (система найбільш жорс­тко керована). Даному стану відповідають мінімальні ймовірні значення перебування системи в даному стані - останнє не слід плутати з імовірністю визначення, чи передбачення, даного ста­ну. Хоча енергетичні потенціали реалізації змін у даному стані максимальні, кількість напрямків, за якими можуть бути ре­алізовані зміни, мінімальна. Це відбувається тому, що поведін­ка кожного елемента практично жорстко детермінована, регла­ментована загальним порядком зміни всієї системи в цілому.

Ш

'Ж

225

Примітка__________________________________________________

Втрата окремими елементами (наприклад, біологічними організмами в зграї чи людськими індивідами в колективі) свого індивідуального ступеня свободи на користь твердого порядку системи обертається також втратою частини інформації окремими елементами. Це, зокрема, може бути наслідком втрати індивідами частини своєї ідентичності (пригнічення відмітних індивідуальних особливостей), зниження універсальності, гіпертрофія рівня спеціалізації (за­микання на виконанні надто вузьких функцій).

Максимальну інформацію система має в точці N = NJe (e -натуральне число). У даній точці відбувається оптимальне спо­лучення можливих напрямків змін з потенціалом реалізації да­них змін і спостерігаються максимальні ступені свободи окре­мих елементів.

Примітка

В умовах соціальних систем (чи біологічних систем соціального типу) можна говорити, що свобода (інтереси) окремих індивідів найкраще поєднується з загальним порядком системи (суспільними інтересами).

Області змін станів системи, прилеглій до точки N , влас-тиві також максимальні можливості продукування нової інфор­мації. Індивідуальна свобода окремих елементів є сприятливим «середовищем» виникнення випадкових не детермінованих змін.

3. Подальша еволюція системи. Якщо знову повернутися д₀ графіка залежності кількості інформації від кількості можли­вих змін системи (рис. 9.2), то на підставі аналізу точки N можна додати наступне. Дана точка, що відповідає максималь­ному рівню зарегулювання системи, є одночасно і точкою виче­рпання потенціалу розвитку даної системи. Подальша еволюція системи може йти тільки шляхом її інтеграції з іншими подіб­ними системами за допомогою утворення більш складних сис­тем, куди б названі структури входили як первинні елементи. Процес формування системи починається знову на більш висо­кому рівні. Саме так з одноклітинних організмів утворювалися більш складні системи - організми, у яких клітини вже втрача­ють самостійну роль, виконуючи вузькі функції, обумовлені жорсткою програмою організму. Умовно початок процесу інтег­рації колишніх систем у нову більш складну систему показано на графіку пунктирною лінією.

226

	і	<• * ***	■V ч ч ■V Ч \Ч \
/*	^£*-
'ж			------->.

л/«

N_M=No/e

N

Рис. 9.2. Гіпотетичний характер еволюції системи, що утворилася

як окремий елемент нової системи

Даний стрибок інформації при виникненні нового інтегра­ційного процесу розвитку природи також знаменує новий про­цес емансипації природи, оскільки виникнення на новому рівні нової більш складної системи означає і появу в неї більш висо­кого (на порядок) ступеня свободи.

4. Інформація і пам'ять системи. Реалізувати утворені ене­ргетичні потенціали (ступені свободи) елементи зможуть лише за умови, що вони (потенціали) збережуться відносно трива­лий період часу. В іншому разі поява і зникнення короткочас­них потенціалів може розглядатися як звичайна випадкова флуктуація. Таким чином, про будь-яку впорядкованість еле­ментів (їхні ступені свободи), що створює інформацію, можна говорити лише за умови, якщо ця впорядкованість буде відно­сно стійкою, тобто тривалою. Ця стійкість забезпечується па­м'яттю системи. Саме пам'ять системи дозволяє фіксувати і відтворювати певний стан системи, а отже, і інформацію, по­в'язану з цим станом.

Роль пам'яті системи полягає не тільки в тому, що вона дозволяє зафіксувати стан елементів при їх зміні, умовно кажу­чи, по вертикалі (тобто від більш імовірного стану в менш імо­вірний), але й при доборах по горизонталі (тобто серед станів, що характеризуються однаковою імовірністю).

227

Примітка__________________________________________________

Так, русло ріки є зафіксованим варіантом, одним із багатьох можливих її плинів; тварина успадковує певний набір із можливих наборів ознак своїх батьків; з величезної безлічі рівноймовірних комбінацій нот композитор фік­сує одну, яка стає мелодією.

5. Носії пам'яті. Носіями пам'яті (інформації) є матеріальні системи, що виникли на попередніх стадіях еволюції природи. Таким чином, процес її розвитку являє собою своєрідний бага­тошаровий «пиріг». Будь-яка матеріальна система народжуєть­ся на основі формування інформаційної основи (програми). А інформаційна основа потребує для свого формування матеріаль­ної сутності.

Інформація - нематеріальна, але не може існувати без мате­ріальних носіїв інформації.

Примітка

Зокрема, будь-який біологічний організм — це насамперед унікальна інфор­маційна програма, що реалізується на основі генетичного коду. Його виник­нення стало можливим лише завдяки існуванню в природі нуклеїнових кис­лот, на молекулах яких (ДНК і РНК) записується необхідна генетична інфор­мація. Саме ген протягом усього життя є інформаційним регулятором пото­ків речовини й енергії", що кожний момент відтворюють процеси кожної від­критої стаціонарної системи під назвою «біологічний організм». Поява гене­тичних інформаційних програм обумовила виникнення нового класу матеріа­льних структур, названих живою речовиною. У живій речовині на основі мозку виникла нова інформаційна сутність — інтелект. Інтелект створив нові матері­альні носії пам'яті (книги, магнітні записи, комп'ютери). На їх основі у наші дні народжується нова інформаційна сутність — єдиний розум Землі, Мож­ливо, саме його В.І. Вернадський мав на увазі, вводячи поняття сфери розу­му — ноосфери.

Цілком імовірно, подібні закономірності чергування матері­альних та інформаційних начал присутні в процесах виникнен­ня матеріально-інформаційних систем на більш ранніх етапах еволюції природи. Мова йде про формування елементарних час­тинок — носіїв енергії та елементарних частинок - носіїв речо­вини; на основі цих перших двох начал сформувалися нові інфо­рмаційно-матеріальні сутності - молекули; а потім — макроско­пічні об'єкти. Точну ж відповідь на питання: «Що було раніш:

228

яйце чи курка (інформація або матерія)?» - можна знайти лише в джерелах тієї сутності, яку одні умовно, інші конкретно нази­вають ім'ям Творець.

Вищесказане дозволяє зробити ряд висновків:

• Інформація виникає внаслідок емансипації (підвищення сту­пенів свободи) елементів природи. Це може відбуватися в таких формах:

- набуття елементами природи енергетичних потенці­алів, що обумовлюють відмінність одних елементів від інших (при цьому кожний елемент одержує певний обсяг інформації);

- інтеграції елементів природи і їхніх ступенів свободи в єдину систему; у результаті об'єднання енергетич­них потенціалів і їхніх обмежень з'являються нові системні властивості, не характерні ні окремим еле­ментам, ні їх сумі (цей приріст інформації умовно на­звемо емерджентним компонентом);

- інтеграції утворенних систем (субсистем) у більш складні системні утворення (системи), що мають більші ступені свободи порівняно із субсистемами.

• Інформація, що означає порядок, надходить у систему ззовні (із зовнішнього середовища), тобто з природи. Туди ж (тоб­то в зовнішнє середовище) система експортує безладдя (ент­ропію). При руйнуванні системи відбувається зворотний про­цес: інформація повертається в середовище (природу), а ент­ропія повертається в систему.

• Пам'ять системи є обов'язковою умовою формування інфор­мації. Лише в сполученні реальних ступенів свободи (енерге­тичних потенціалів руху) елементів природи з властивостя­ми цих елементів, що дозволяють фіксувати в часі ці сту­пені свободи, можуть з'явитися необхідні і достатні фактори виникнення інформації.

• Носіями пам'яті є матеріальні системи, що виникли на попередніх стадіях еволюції природи.

Усі зазначені моменти реалізуються в креативних процесах формування і трансформації будь-яких матеріально-інформацій-них сутностеи, що виникають у природі. У цьому ми перекона­ємося в наступних розділах книги.

229

Розділ 10

Енергоентропійні основи розвитку

10.1. Поняття про негативну енергію

У попередньому розділі ми переконалися, що збільшення по­рядку пов'язане зі зниженням ентропії в системі. Власне, ент­ропія і є мірою безладу системи.

Ервін Шредінгер, лауреат Нобелівської премії, один із твор­ців квантової механіки, перший, хто пояснив феномен життя, виходячи зі статистичної теорії, наочно обґрунтував зв'язок ентропії зі статистичною концепцією впорядкованості і невре-гульованості. Для цього він використовує відкриту Больцманом і Гіббсом кількісну залежність:

Ентропія = k • IgD,

де k - так звана постійна Больцмана, рівна 3,2983 * 10~²⁴ калорій на 1 °С, D - кількісна міра неврегульованості атомів у даному тілі.

Аргументи вченого

«Дати точне пояснення величини D в коротких і неспеціальних термінах май­же неможливо. Неврегульованість, яку вона виражає, частково полягає в тому, що атоми і молекули різного сорту змішуються цілком випадково замість того, щоб бути повністю розділеними.

Ізольована система... збільшує свою ентропію і більш-менш швидко на­ближається до інертного стану максимальної ентропії.»

Як у термінах статистичної теорії' виразити ту дивовижну здатність живо­го організму, за допомогою якої він затримує перехід до термодинамічної рівноваги (смерті)? Вище ми сказали: «Він живиться негативною ентропією», немов привертаючи до себе її потік, щоб компенсувати цим збільшення ен­тропії, яке здійснюється ним у процесі життя, і таким чином підтримувати себе на постійному і достатньо низькому рівні ентропії.

231

Якщо D - міра неврегульованості, то зворотну величину 1/D можна розглядати як пряму міру впорядкованості. Оскільки логарифм 1/D є те саме, що і від'ємний логарифм D, ми можемо написати рівняння Больцмана таким чином:

-(Ентропія) = к lg(1/D).

Тепер незграбний вираз «негативна ентропія» можна замінити більш то­чним: ентропія, узята з від'ємним знаком, є сама по собі міра впорядкова­ності» (Шредингер, 1999).

Живі організми живляться негативною ентропією.

Ці викладки були наведені Шредінгером у 1943 р. в Триніті-коледжі в Дубліні на лекції, конспект якої був виданий в 1945 р. у Великобританії. У 1947 p. JI. Бріллюен запропонував назва­ти показник ентропії з від'ємним знаком «негентропіею» (Але-ксеев, 1983). Негентропія може трактуватися як обсяг інфор­мації системи, або міра впорядкованості системи.

Зокрема, якщо з будівельних матеріалів зібрати будинок, а з деталей - автомобіль, то ентропія цих систем зменшиться, а впорядкованість (і відповідно, інформація, яку має система) зросте. Якщо будинок чи автомобіль знову розібрати на «запча­стини», ентропія збільшиться, а впорядкованість (інформація) зменшиться.

Примітка

Не слід розглядати процес зміни впорядкованості системи як деяку одноча­сну дію, після чого, скажімо, частина ентропії зникає, а на ЇЇ місці з'являється інформація. У реальних умовах ситуація швидше нагадує процес, модельо­ваний відомою шкільною задачею: «з однієї труби витікає, а в іншу - вті­кає...». Причому обидва процеси йдуть одночасно і постійно. Залежно від того, темпи якого процесу переважають, ми маємо справу з прогресивни­ми або деградаційними змінами в системі.

Навіть у вищенаведеному прикладі збирання будинку і автомобіля про­цес руйнування (зростання ентропи) в конкретній системі починається, ледве з'являються на світ відповідні структури: будівля починає руйнуватися, авто­мобіль — зношуватися. Щоб цього не відбувалося, необхідно докладати ене­ргію або працю на підтримання систем у працездатному стані.

Процеси руйнування системи різноманітні. Умовно можна виділити три основні напрями, за якими відбуваються процеси збільшення ентропії (руйнування) в системі:

232

тепловий - коли система знижує ефективність функціону­вання, не змінюючи своєї структури і якості виконуваних функцій (збільшуються енерговитрати на виконання одиниці роботи); - структурний - коли відбувається порушення структури (змі­нюється структурна будова системи), система може «втрача­ти» частину виконуваних функцій і/або погіршувати якість їх виконання;

інформаційний - коли при збереженні структури системи порушуються зв'язки між її ланками; у результаті погіршу­ється якість виконання функцій окремими підсистемами системи.

Відповідно до зазначених напрямів часто виділяють і три види ентропії: теплову, структурну та інформаційну. Підкрес­лимо умовність указаного розподілу ентропійної активності си­стеми. Адже ці процеси тісно взаємозв'язані і взаємообумов-лені. Зовнішній прояв того чи іншого процесу є лише однією з форм єдиного процесу зростання ентропії. Загальмувати, зупи­нити або направити його назад можна, лише прикладаючи до­даткову енергію, яку система може взяти із зовнішнього середо­вища через процеси метаболізму.

Метод дослідження балансів зміни енергії і ентропії дістав назву енергоентропіки (Алексеев, 1983).

Подробиці

У рамках методу на основі теоретичних положень термодинаміки сформу­льовані п'ять ключових законів енергоентропіки:

1. Закон збереження енергії: жодна матеріальна система не може роз­виватися або функціонувати, не споживаючи енергії ДЕ, яка витрачається на здійснення роботи W, на зміну внутрішньої енергії системи AL/ і на розсіяння (дисипацію) теппа в навколишнє середовище Q :

АЕ = AU+ VV+ Q_a. (9.1)

2. Закон зростання ентропії: реальні ізольовані макроскопічні системи пра­гнуть самовільно перейти з менш імовірного стану у більш імовірний,, або з більш упорядкованого в менш упорядкований (за відсутності сил, що перешкоджають цьому), тобто їх ентропія може тільки зростати. Оскіль­ки ентропія в стані рівноваги системи, досягнувши максимуму, більше не змінюється, швидкість її зростання в цьому стані дорівнює нупю.

Проте в деяких випадках досягненню системою рівноважного стану пе­решкоджають якісь зовнішні умови (теплоізоляція холодипьної шафи,

233

герметизація балонів зі стисненим газом та Ін.). Тоді вона приходить у стан стаціонарно нерівноважнии, що характеризується мінімальним значенням швидкості виникнення ентропії за даних зовнішніх умов. Це положення було вперше сформульоване в 1947 р. І. Пригожиним і назване принципом міні­муму виникнення ентропії.

В уточненому вигляді розглянутий принцип формулюється так: з усіх стійких стаціонарних станів системи, що допускаються граничними умовами, законами перенесення і збереження, а також 2-м законом термодинаміки, реалізується стан з мінімальним виробництвом ентропії.

Саме цей принцип лежить в основі реалізації відбору найефективніших станів системи, що відбито в 5-му законі.

3. Закон зменшення ентропії відкритих систем при прогресивному роз­витку: ентропія відкритих систем у процесі їх прогресивного розвитку зменшується внаслідок споживання енергії від зовнішніх джерел.

При цьому ентропія систем, що служать джерелами енергії і негентропії (наприклад, Сонця), зростає. У зв'язку з цим можна сказати, що будь-яка впорядкувальна діяльність здійснюється шляхом виграти енергії і зростання ентропії зовнішніх систем і без такого взагалі відбуватися не може.

Таким чином, цей закон немов протилежний 2-му закону, але не супе­речить йому, оскільки стосується не Ізольованих систем, що самовільно змі­нюються, а систем, над якими здійснюється та чи інша організаційно-впоряд-ковувальна діяльність.

4. Закон граничного розвитку матеріальних систем: матеріальні системи (природні, технічні та ін.) при прогресивному розвитку, тобто при вдоско­наленні, досягають характерної для кожної сукупності зовнішніх і внутрі­шніх умов межі, яку можна виразити максимальним значенням відповід­ного виду негентропії. Це знамення відраховується від деякого нульового або ж максимального значення якогось критерію ефективності розвитку або функціонування систем, наприклад коефіцієнта корисної дії (ККД).

5. Закон переважного розвитку, або закон конкуренції: у кожному класі матеріальних систем переважного розвитку набувають ті, що за даної сукупності внутрішніх І зовнішніх умов досягають максимального значен­ня негентропії або максимальної енергетичної ефективності (ККД, пито­мої продуктивності^ довговічності, надійності і т.д.) (Алексеев, 1983).

10.2. Енергоентропійний баланс

Побудова енергоентропійного балансу ґрунтується на аналізі зміни величини ентропії системи. Зміна ентропії відкритої ста­ціонарної системи має дві складові:

• ентропія, що виробляється всередині системи; вона обумов­лена процесами самовільного розупорядкування системи (про­цеси зносу, розладу, ін.) і є завжди додатною величиною;

234

• зміни ентропії, пов'язані з речовинно-енергетично-інформа-ційним обміном між системою і зовнішнім середовищем; ен­тропія змінюється в результаті обміну із середовищем як безпосередньо енергією, так і речовинами; адже ентропія залежить від стану речовини і разом з речовиною ентропія надходить у систему або виводиться з неї. Таким чином, стан системи формується з двох чинників: ентропії, що виробляється всередині системи, і зміни ентропії, обумовленої зовнішнім обміном. Алгебраїчна сума цих двох ве­личин може бути додатною, від'ємною або дорівнювати нулю. Іншими словами, приплив ентропії в систему може бути біль­шим чи меншим її відпливу або рівним йому. Граничний стан системи досягатиметься тоді, коли виробництво ентропії всере­дині системи в точності компенсуватиметься відпливом ентропії за рахунок її обмінної складової.

Така умова може бути названа необхідною передумовою стій-ко-нерівноважного, або стаціонарного, стану системи. Саме в цьому випадку значення вказаних ентропійних складових бу­дуть рівні за абсолютною величиною, але матимуть протилежні знаки.

Зниження ж ентропії досягатиметься лише в тому випадку, якщо відплив ентропії перевищуватиме її створення всередині системи. Підкреслимо, що розглянуті умови є лише необхідни­ми передумовами перебування системи у відповідних станах.

Чому ж це не забезпечує і достатніх передумов? Тому, що розглянуті умови можуть виявитися результатом фіксації двох розділених в часі станів системи.

Примітка__________________________________________________

У проміжку між початковою і кінцевою фіксацією часу система може бага­торазово змінювати свої стани. Зокрема, система може зазнавати постійно­го, притому абсолютно безладного, чергування зменшення і збільшення ен­тропії. Подібний стан не може бути названий ні стійким, ні впорядкованим.

Що ж потрібно, щоб досягти достатніх передумов певного стану системи? Необхідне одномоментне виконання вказаних умов. Зокрема, в стаціонарному з нульовим виробництвом ент­ропії (умовно назвемо його стійким) стані система знаходити­меться тоді, коли в кожний з моментів певного періоду часу виробництво внутрішньої ентропії супроводжуватиметься