Понятие энтропии в биофизики

Биологические системы – открытые системы, находящиеся в состоянии динамического равновесия, далёком от термодинамического равновесия. Сложность взаимодействия как с окружающей средой, так и внутри биологической системы характеризуется таким понятием как гомеостатичность и т.д. /289 с.103 1а/. Биологические системы, находясь в сильно неравновесном состоянии, характеризуются чрезвычайно сложнйо природой корреляций, связанных с наличием иерархии соподчиненных структур, приводящих к фрактальности и неэргодичности системы. Это приводит к столь же сложной природе энтропии биологических систем /289 с.103 2а/..

Полное изменение энтропии открытой системы состоит из двух слагаемых /289 с.103 3а/:

/289 с.103 4а/, где d_iS – изменение энтропии в случае изолированной системы; d_eS – изменение энтропии за счёт окружающей среды /289 с.103 5а/.

За счёт d_iS может возникнуть случай /289 с.103 7а/ для неизолированных систем /289 с.103 8а/, что ведёт к уменьшению энтропии и, как следствие, к сохранению корреляций и появлению новых корреляций в виде структурных образований. Биологический организм, задерживая переход к термодинамическому равновесию (смерти) питается отрицательной энтропией, как бы привлекая на себя поток, чтобы компенсировать /289 с.103 на/ этим увеличение энтропии, производимой им в процессе жизни, и таким образом поддерживать себя на постоянном и достаточно низком уровне энтропии /289 с.104 1а/.

Если Δ – мера неупорядоченности, то обратную величину 1/Δ можно рассматривать как прямую меру упорядоченности. Поскольку логарифм 1/Δ есть то же, что отрицательный логарифм Δ, мы можем записать уравнение Больцмана следующим образом /289 с.104 2а/: – (энтропия) = klg(1/Δ) /289 с.104 3а/ и получается вместо "отрицательной энтропии" мера упорядоченности /289 с.104 4а/.

Энтропия связана с наличием корреляций в системе. Так, в биологических системах именно наличие корреляций создаёт структуру системы, приводя тем самым к уменьшению энтропии /289 с.104 5а/. Отличие биосистем от остальных заключается в сложной природе корреляций, что приводит к качественно новому состоянию системы, когда имеет место иерархия соподчиненных структур, для каждой из которых можно ввести энтропию подсистем, и имеет место "иерархия" энтропий. Энтропия может служить мерой разнообразия в процессах биологической эволюции. Это становится возможным благодаря "S-теореме", которая позволяет судить об относительной степени упорядоченности разных неравновесных состояний в результате чего оказывается возможным отличить процессы самоорганизации от процессов дезорганизации, что и является критерием эволюции биологических систем. Согласно "S-теореме" статистической теории открытых систем, энтропия служит мерой разнообразия в теории эволюции, что открывает широкие возможности для количественного анализа в теории эволюции биологических систем /289 с.104 6а/.

Одной из причин, приводящих к сложной природе корреляций в биологических системах, является то, что основные процессы в биологических системах происходят в жидкой фазе /289 с.104 на/ Благодаря наличию жидкой фазы в системе возникают сложные структуры, для которых характерна фрактальная природа. Для фрактальных систем характерно параллельное действие различных каналов релаксации, что возможно при наличии иерархии соподчиненных структур, характерных для биологических систем. На базе фрактала разрабатывается модель ассоциативной памяти /289 с.105 1а/.

Природа корреляций в биологических системах настолько сложна, что приводит к качественно новому состоянию, которое выражается наличием жизни. Именно сложная природа корреляций и отличает "живое" от "неживого". Для современного состояния биосферы характерно стремление описать "живое" в терминах "неживого", что не позволяет описать природу живого. Необходимо расширить основные принципы естествознания и такое расширение можно осуществить исходя из того, что духовный план тоже есть энергия, а энтропия характеризует организационную структуру энергии /289 с.105 2а/.

Энтропия и структура энергии духовного плана

Энергия духовного плана выражается через переменную Мысль (уравнение 6) и необходимо помнить, что любой материальный объект имеет духовную составляющую энергии и в этом смысле является открытой системой. С учетом энергии духовного плана закрытых систем вообще не существует. Для открытых систем имеет место "S-теорема", определяющая критерий относительной степени упорядоченности состояний открытых систем. При этом энтропия переопределяется так, чтобы средняя энергия системы при её эволюции оставалась бы неизменной /289 с.106 1а/.