Закон увеличения энтропии выполняется с точностью. Энтропия – мера необратимости или хаоса
Закон увеличения энтропии был сформулирован в 19 веке Клаузиусом. Возможно, это событие так и осталось бы незамеченным для широкой публики, но увеличение энтропии должно было привести к тому, что все температуры в мире когда-нибудь обязательно сравняются, тепловая энергия перестанет превращаться в механическую, весь мир замрет и наступит "тепловая смерть".
Больцман связал увеличение энтропии с увеличением вероятности осуществления данного макроскопического состояния системы. Энтропия увеличивается потому, что, имея выбор, система, как правило, переходит в более вероятное состояние. Шеннон ввел информационное определение энтропии, по которому она является мерой неопределенности. Чем больше у системы возможных состояний и чем они равновероятней, тем выше энтропия. Несмотря на общий принцип, два определения энтропии не идентичны. Термодинамическая энтропия системы, обусловлена уровнем неопределенности составляющих ее атомов. А вот информационная, в определении Шеннона, энтропия системы определяется только через возможные состояния всей системы в целом.
Чем больше свободы у атомов системы, тем выше ее термодинамическая энтропия. Если же перемещения атомов как-нибудь ограничить, то термодинамическая энтропия уменьшится. Поэтому энтропию стали считать мерой беспорядка, а увеличение энтропии стало означать движение к хаосу. Однако это не соответствовало наблюдаемому усложнению и структуризации человеческого сообщества. С сомнением у людей появилась надежда опровергнуть мрачное пророчество о "тепловой смерти" вселенной.
Пригожин и Стингерс попробовали доказать, что отдельные подсистемы могут уменьшать свою энтропию отдавая ее другим подсистемам. Александр Хазен предположил, что за энтропию мы склонны принимать ее прирост. И когда мы говорим о низкой энтропии сверхорганизованного современного общества, то подразумеваем низкий ее прирост, в то время как абсолютное значение энтропии растет. Сергей Хайтун настаивает на том, что энтропию нельзя противопоставлять сложности и организованности, так как последние понятия субъективные и четкому исчислению не подлежат. Он также утверждает, что рост энтропии - цель эволюции и прогресса. Причем существует механизм, который постоянно принуждает материю увеличивать свою энтропию.
Сегодня множество исследователей в разных областях знаний сомневаются в истинности закона увеличения энтропии. Андрей Швец доказывает, что энтропия системы может, как увеличиваться, так и уменьшаться. Если внутри системы поместить робота или устройство, в чью задачу будет входить уменьшение энтропии, то она будет уменьшаться. А если научить робота воспроизводить себя, то энтропия никогда не будет увеличиваться. Тем более, что энергию можно получать не только за счет взаимного перемещения частиц. Все зависит от цели. Если у системы ее нет, то она будет перемещаться к наиболее вероятным состояниям, постоянно увеличивая свою термодинамическую энтропию. Цель - признак жизни, вернее сознания. Поэтому сознание может и увеличивать и уменьшать энтропию системы в зависимости от поставленной цели.
Заменим понятие "термодинамическая энтропия" на "энтропия микроуровня" и еще раз взглянем на зловещий феномен "тепловой смерти", которым он грозил миру полтора века. Энтропия микроуровня системы увеличивается, движения атомов становятся более неопределенными. В то время как энтропия макроуровня уменьшается и приближается к нулю. "Тепловая смерть" наступает при нулевом уровне энтропии системы на макроуровне. В этом случае у системы остается только одно возможное состояние, из которого оно уже не выйдет. И пугает нас именно нулевое, а не максимальное значение энтропии. Нас страшит отсутствие вариантов, отсутствие даже надежды на изменение - все то, что несет нулевая энтропия. Таким образом, разные уровни системы могут иметь разные энтропии. И так же естественно как может увеличиваться энтропия на микроуровне, также естественно может уменьшатся энропия системы на макруровне.
Нулевая энтропия пугает, а большая - привлекает. Швец утверждает, что энтропия, является еще мерой свободы и мерой ценности. На этом основании он строит свою теорию стоимости. И это есть, по сути, новый закон: задача прогресса и эволюции - увеличение энтропии на всех уровнях. Но это задача для сознания, которое знает, что такое цель и что такое свобода. Сознание может и ошибиться и ошибка может привести к уменьшению энтропии.
Жизнь и цивилизация - способы передачи энтропии с более низкого уровня системы на более высокий. Из всех возможных вариантов развития человеческое общество отбирает то, которое сулит больший рост энтропии. Что приводит к еще большему росту числа возможных состояний. Поэтому развитие носит прогрессивный, экспоненциальный характер. Однако люди могут ошибаться, делая выбор, несмотря на свои предпочтения. В этом отличие нового закона от старого. Старый считает, что рост энтропии - беда и это неизбежно, новый же, что рост энтропии - благо, но это не неизбежно.
Остался еще один вопрос. Как может расти энтропия при явном росте новых связей в обществе? В одном каком-нибудь институте, в каком-то аспекте деятельности энтропия при появлении новых связей и ограничений, действительно уменьшается. Но если при этом создаются новые институты и новые возможности, то число новых возможных состояний для каждого члена общества растет и, следовательно, растет его энтропия. Мы не можем, как дикари разгуливать голышом, где попало, и это ограничивает наши возможности по сравнению с ними, но зато нам доступен выбор, которого не было у них. Мы можем выбирать работу, менять увлечения, ходить в театр, изучать науки, играть в компьютерные игры, путешествовать по миру, нажатием кнопки менять ландшафт и т.д. Мы свободней, наша энтропия несоизмеримо выше. А некоторые при этом еще и ходят голышом!
Закон возрастания энтропии как одна из формулировок второго начала термодинамики
Рассмотрим замкнутую систему, которая переходит из состояния 1 в состояние 2 (рис.1) по пути $L_1$. Из состояния 2 в состояние 1 вернем систему с помощью обратимого процесса по пути $L_2$, но при этом мы понимаем, что система уже не является изолированной.
Так, мы получили цикл, к которому применимо неравенство Клаузиуса:
При переходе по пути $L_1$ система была изолированной, следовательно:
Переход 2-1 обратимый, следовательно, можно считать, что в этом процессе:
Иначе неравенство (4) запишем как:
Неравенство (5) означает, что при переходе замкнутой системы из состояния 1 в состояние 2 энтропия либо увеличивается, либо не изменяется. Закон возрастания энтропии (5) также относят к одной из формулировок второго начала термодинамики.
Возрастание и убывание энтропии
В процессах, которые протекают в изолированных системах, энтропия не убывает. В этом утверждении существенно то, что система должна быть изолирована. В неизолированных системах энтропия может и возрастать, и убывать и не изменяться. Энтропия не изменяется только в обратимых процессах. В необратимых процессах энтропия возрастает. Так как на практике процессы в системе, которая предоставлена самой себе, обычно необратимы, это значит, что энтропия изолированной системы обычно растет. Рост энтропии в изолированной системе означает, что система стремится к равновесному состоянию, которое является наиболее вероятным. Закон убывания энтропии в изолированной системе не запрещает полностью рост энтропии. Возможны отклонения, когда на каком-то отрезке времени система движется в направлении наименее вероятных состояний, то есть энтропия убывает или не меняется. И чем меньше система, тем роль таких флуктуаций больше. Однако для макросистем закон не убывания энтропии абсолютен.
Пример 1
Задание: Пусть имеется теплоизолированный сосуд, разделенный на две части перегородкой. Объемы частей $V_1$ и $V_2.$ В первой части находится ${\nu }_1$ молей идеального газа, во второй ${\nu }_2$ молей идеального газа. Температура в обеих частях сосуда одинакова и равна T. Перегородку убирают. Вычислите, как изменится энтропия газа ($\triangle S$) после установления равновесия.
Так как система считается теплоизолированной, газы идеальные, то внутренняя энергия таких газов зависит только от температуры и при смешении газов не изменяется. Заменим имеющийся в условиях задачи неравновесный процесс, равновесным в котором, каждая часть газа, расширяясь, занимает объем $V_1+V_2$. В таком случае для сконструированного нами обратимого процесса можно записать:
\[\triangle S=\int\limits^{(2)}_{(1)}{dS}=\int\limits^{V_1+V_2}_{V_1}{\frac{pdV}{T}}+\int\limits^{V_1+V_2}_{V_2}{\frac{pdV}{T}\left(1.1\right),}\]
Используем уравнение Менделеева -- Клайперона для идеального газа, выразим $\frac{p}{T}$, имеем:
\[\ pV=\nu RT\to \frac{\ p}{T}=\nu \frac{R}{V}\ \left(1.2\right),\]
Подставим (1.2) в (1.1), получим:
\[\triangle S=\int\limits^{V_1+V_2}_{V_1}{\frac{pdV}{T}}+\int\limits^{V_1+V_2}_{V_2}{\frac{pdV}{T}={\nu }_1R\int\limits^{V_1+V_2}_{V_1}{\frac{dV}{V}}+{\nu }_2R\int\limits^{V_1+V_2}_{V_2}{\frac{dV}{V}}={\nu }_1Rln\frac{V_1+V_2}{V_1}+{\nu }_2Rln\frac{V_1+V_2}{V_2}\left(1.3\right).}\]
Пример 2
Задание: Процесс расширения одноатомного идеального газа в количестве $\nu $ молей происходит так, что давление растет прямо пропорционально объему. Найти приращение энтропии газа, если объем в процессе увеличивается в а -- раз.
Процесс происходит с идеальным газом, следовательно, можем считать его обратимым и записать:
\[\triangle S=\int\limits^{\left(2\right)}_{\left(1\right)}{\frac{\delta Q}{T}\ \left(2.1\right).}\]
Из первого начала термодинамики мы знаем, что:
\[\delta Q=dU+pdV=\frac{i}{2}\nu RdT+pdV\left(2.2\right).\]
Подставим (2.2) в (2.1), получим:
\[\triangle S=\frac{i}{2}\nu R\int\limits^{T_2}_{T_1}{\frac{dT}{T}+\int\limits^{\left(2\right)}_{\left(1\right)}{\frac{pdV}{T}\left(2.3\right).}}\]
Запишем уравнение Менделеева -- Клайперона для того, чтобы выразить $\frac{p}{T},$ имеем:
Подставим (2.4) в (2.3), получим:
\[\triangle S=\frac{i}{2}\nu Rln\frac{T_2}{T_1}+\nu R\int\limits^{V_2}_{V_1}{\frac{dV}{V}=\frac{i}{2}нRln\frac{T_2}{T_1}+нRln\frac{V_2}{V_1}\left(2.5\right).}\]
Отношение объемов нам известно из условий задачи: $\frac{V_2}{V_1}=a.$ Выразим отношение температур. Используем для этого уравнение Менделеева - Клайперона и заданное в условиях задачи уравнение процесса ($p=bV$), где $b=const$:
\ \
Разделим (2.7) на (2.6) и используем уравнение процесса:
\[\frac{T_2}{T_1}=\frac{p_2V_2}{p_1V_1}\to \frac{T_2}{T_1}=\frac{b{V_2}^2}{b{V_1}^2}={\left(\frac{V_2}{V_1}\right)}^2\left(2.8\right).\]
Подставим (2.8) в (2.5), получим искомое изменение энтропии:
\[\triangle S=\frac{i}{2}\nu Rln{\left(\frac{V_2}{V_1}\right)}^2+\nu Rln\frac{V_2}{V_1}=i\nu Rln\left(a\right)+\nu Rln\left(a\right)=\nu Rln\left(a\right)\left(i+1\right)\left(2.7\right).\]
Ответ: Изменение энтропии в заданном процессе $\triangle S=\nu Rln\left(a\right)\left(i+1\right)$.
Первое начало термодинамики
Макроскопические характеристики термодинамических систем. Расширенная формулировка закона сохранения энергии
Величины, характеризующие состояние макроскопических тел без учета молекулярного состояния тел (V, p, t) называются макроскопическими пораметрами (газ данной массы всегда занимает некоторый объем, имеет определенные давления и температуру).
Ø утверждает существование качественных видов энергии (механической, тепловой, электромагнитной) и присущую им способность при определенных условиях превращаться друг в друга;
Ø указывает, что в любых процессах, происходящих в замкнутых системах, численное значение энергии остается постоянным, т.е невозможность ее исчезновения или возникновения
Количественная формулировка первого начала термодинамики : количество теплоты (ΔQ), сообщенное телу, идет на увеличение ее внутренней энергии (ΔU)и на совершение телом работы (ΔA)
ΔQ=ΔU+ΔA
Работа, проделанная над телом, производит изменения его кинетической и потенциальной энергии. Следовательно, количество работы равно изменению его содержания энергии. Так как работа изменяет его уровень энергии, энергию можно определить как количество работы, которая содержится в веществе.
Первый закон термодинамики констатирует тот факт , что вечный двигатель (первого рода) невозможен, т.е. нельзя построить периодически действующую машину, которая бы совершала работу больше подводимой к ней извне энергии.
Экспериментальные исследования показывают, что в отличие от механического движения все тепловые процессы не обратимы, т.е реализация любого термодинамического процесса, при котором предполагается осуществление ранее пройденных тепловых состояний, но в обратном порядке, практически невозможна.
Всякая система стремиться перейти к состоянию термодинамического равновесия, в котором тела обладают одинаковыми температурами и давлением. Все термодинамические процессы, приближающиеся к тепловому равновесию, необратимы.
Сущность второго начала термодинамики:
1. тепло не может само собой переходить от холодных тел к более нагретым;
2. тепловая энергия равномерно распределяется между всеми телами, и всякие тепловые процессы в любой системе полностью прекращаются. Это приводит к тепловой смерти системы. Утверждение справедливо для замкнутых систем. Закон характеризует рост энтропии во времени.
Вечный двигатель второго рода, работающий за счет энергии находящихся в тепловом равновесии тел, невозможен.
Второе начало термодинамики указывает на существование двух различных форм энергии – теплоты (связанной с неупорядоченным движением) и работы (связанной с упорядоченным движением). Неупорядоченную энергию нельзя полностью перевести в упорядоченную. Мерой неупорядоченности в термодинамике является энтропия.
Энтропия (мера рассеяния энергии) (1865 Рудольф Клазиус ) – это функция состояния системы, характеризующая направление протекания самопроизвольных процессов в замкнутой системе.
Изменение энтропии термодинамической системы при обратимом процессе – это соотношение изменения общего количества тепла к величине абсолютной температуры ΔS= ΔQ/T
В замкнутой системе энтропия стремиться к максимуму.
Необратимыми называются такие процессы, которые могут самопроизвольно протекать только в одном направлении; в обратном направлении они могут протекать только как одно из звеньев более сложного процесса.
Количественная формулировка второго закона термодинамики : направление тепловых процессов определяется законом возрастания энтропии :
Ø энтропия замкнутой системы может только возрастать;
Ø максимальное значение энтропии замкнутой системы достигается в равновесии ΔS≥0
Ø чный двигатель второго рода невозможен!!! Все сказанное об энтропии показывает, что второй закон термодинамики, запрещающий ВД-2, незыблем. Житейское правило (особенно хорошо известное женщинам) , что беспорядок из порядка всегда возникает сам по себе, а наведение порядка всегда требует затраты работы, здесь оправдывается в полной мере.
Есть ли на Земле что-либо не подчиняющееся второму закону термодинамики? Иногда утверждают, что жизнь как таковая опровергает его. Нет. Жизнь в целом - это такая же термодинамическая машина, которая получает световую энергию от солнца и превращает ее в теплоту, совершая при этом какую-то работу и повышая энтропию окружающей среды. А ее виды (бактерии, водоросли, грибы, животные и т.д.) - всего лишь составляют единый механизм, достаточно сложный, но познаваемый. И в этом плане мы должны его рассматривать целиком, ведь при термодинамическом анализе двигателей, мы не выделяем в нем какую-нибудь мелкую деталь, вроде золотника.
Если замкнутая система не находится в состоянии статистического равновесия, то с течением времени ее макроскопическое состояние будет изменяться, пока система в конце концов не придет в состояние полного равновесия. Характеризуя каждое макроскопическое состояние системы распределением энергии между различными подсистемами, мы можем сказать, что ряд последовательно проходимых системой состояний соответствует все более вероятному распределению энергии.
Это возрастание вероятности, вообще говоря, чрезвычайно велико в силу выясненного в предыдущем параграфе экспоненциального ее характера. Именно, мы видели, что вероятность определяется выражением , в экспоненте которого стоит аддитивная величина - энтропия системы. Мы можем поэтому сказать, что процессы, протекающие в неравновесной замкнутой системе, идут таким образом, что система непрерывно переходит из состояний с меньшей в состояния с большей энтропией, пока, наконец, энтропия не достигнет наибольшего возможного значения, соответствующего полному статистическому равновесию.
Таким образом, если замкнутая система в некоторый момент времени находится в неравновесном макроскопическом состоянии, то наиболее вероятным следствием в последующие моменты времени будет монотонное возрастание энтропии системы. Это так называемый закон возрастания энтропии или второй закон термодинамики. Он был открыт Клаузиусом (R. Clausius, 1865), а его статистическое обоснование было дано Больцманом (L. Boltzmann, 1870-е годы).
Говоря о «наиболее вероятном» следствии, надо иметь в виду, что в действительности вероятность перехода в состояния с большей энтропией настолько подавляюще велика по сравнению с вероятностью сколько-нибудь заметного ее уменьшения, что последнее вообще фактически никогда не может наблюдаться в природе. Отвлекаясь от уменьшений энтропии, связанных с совершенно ничтожными флуктуациями, мы можем поэтому сформулировать закон возрастания энтропии следующим образом: если в некоторый момент времени энтропия замкнутой системы отлична от максимальной, то в последующие моменты энтропия не убывает - увеличивается или в предельном случае остается постоянной.
В том, что изложенные простые формулировки соответствуют реальной действительности, - нет никакого сомнения; они подтверждаются всеми нашими ежедневными наблюдениями. Однако при более внимательном рассмотрении вопроса о физической природе и происхождении этих закономерностей обнаруживаются существенные затруднения, в известной мере до настоящего времени еще не преодоленные.
Прежде всего, если мы попытаемся применить статистику к миру как целому, рассматриваемому как единая замкнутая система, то мы сразу же столкнемся с разительным противоречием между теорией и опытом. Согласно результатам статистики вселенная должна была бы находиться в состоянии полного статистического равновесия. Точнее, должна была бы находиться в равновесии любая сколь угодно большая, но конечная ее область, время релаксации которой во всяком случае конечно.
Между тем ежедневный опыт убеждает нас в том, что свойства природы не имеют ничего общего со свойствами равновесной системы, а астрономические данные показывают, что то же самое относится и ко всей доступной нашему наблюдению колоссальной области Вселенной.
Выход из создающегося таким образом противоречия следует искать в общей теории относительности. Дело в том, что при рассмотрении большинства областей вселенной важную роль начинают играть существующие в них гравитационные поля. Как известно, последние представляют собой не что иное, как изменение пространственно-временной метрики. При изучении статистических свойств тел метрические свойства пространства времени можно в известном смысле рассматривать как «внешние условия», в которых эти тела находятся. Но утверждение о том, что замкнутая система должна в течение достаточно длительного времени перейти в состояние равновесия, разумеется, относится лишь к системе, находящейся в стационарных внешних условиях. Между тем общее космологическое расширение вселенной означает, что ее метрика существенно зависит от времени, так что «внешние условия» отнюдь не являются в данном случае стационарными. При этом существенно, что гравитационное поле не может быть само включено в состав замкнутой системы ввиду того, что при этом обратились бы в тождество законы сохранения, являющиеся, как мы видели, основой статистики. Благодаря этому в общей теории относительности мир как целое должен рассматриваться не как замкнутая система, а как система, находящаяся в переменном гравитационном поле; в связи с этим применение закона возрастания энтропии не приводит к выводу о необходимости статистического равновесия.
Таким образом, в изложенной части вопроса о мире как целом ясны физические корни кажущихся противоречий. Существуют, однако, еще и другие трудности в понимании физической природы закона возрастания энтропии.
Как известно, классическая механика сама по себе полностью симметрична по отношению к обоим направлениям времени. Уравнения механики остаются неизменными при замене времени t на -t, поэтому, если эти уравнения допускают какое-либо движение, то они же допускают и прямо противоположное, при котором механическая система проходит через те же самые конфигурации в обратном порядке. Естественно, что такая симметрия должна сохраниться и в основанной на классической механике статистике. Поэтому, если возможен какой-либо процесс, сопровождающийся возрастанием энтропии замкнутой макроскопической системы, то должен быть возможен и обратный процесс, при котором энтропия системы убывает. Приведенная выше формулировка закона возрастания энтропии сама по себе еще не противоречит этой симметрии, так как в ней идет речь лишь о наиболее вероятном следствии макроскопически описанного состояния.
Другими словами, если дано некоторое неравновесное макроскопическое состояние, то закон возрастания энтропии утверждает лишь, что из всех микроскопических состояний, удовлетворяющих данному макроскопическому описанию, подавляющее большинство приведет в следующие моменты времени к возрастанию энтропии.
Противоречие возникает, однако, если обратить внимание на другую сторону этого вопроса. Формулируя закон возрастания энтропии, мы говорили о наиболее вероятном следствии заданного в некоторый момент времени макроскопического состояния. Но это состояние само должно было возникнуть из каких-то других состояний в результате происходящих в природе процессов. Симметрия по отношению к обоим направлениям времени означает, что во всяком произвольно выбранном в некоторый момент времени макроскопическом состоянии замкнутой системы можно утверждать не только, что подавляюще вероятным его следствием при будет увеличение энтропии, но и что подавляюще вероятно, что оно само возникло из состояний с большей энтропией; другими словами, подавляюще вероятно должно быть наличие минимума у энтропии как функции времени в момент в который макроскопическое состояние выбирается нами произвольно.
Но такое утверждение, разумеется, ни в какой степени не эквивалентно закону возрастания энтропии, согласно которому во всех реально осуществляющихся в природе замкнутых системах энтропия никогда не убывает (отвлекаясь от совершенно ничтожных флуктуаций). Между тем именно эта общая формулировка закона возрастания энтропии полностью подтверждается всеми происходящими в природе явлениями. Подчеркнем, что она отнюдь не эквивалентна формулировке, данной в начале этого параграфа, как это могло бы показаться. Для того чтобы получить одну формулировку из другой, нужно было бы ввести понятие о наблюдателе, искусственно «изготовившем» в некоторый момент времени замкнутую систему, так, чтобы вопрос о ее предыдущем поведении вообще отпадал; такое связывание физических законов со свойствами наблюдателя, разумеется, совершенно недопустимо.
Вряд ли сформулированный таким образом закон возрастания энтропии вообще мог бы быть выведен на основе классической механики. К тому же, ввиду инвариантности уравнений классической механики по отношению к изменению знака времени, речь могла бы идти лишь о выводе монотонного изменения энтропии. Для того чтобы получить закон ее монотонного возрастания, мы должны были бы определить направление времени как то, в котором происходит возрастание энтропии. При этом возникла бы еще проблема доказательства тождественности такого термодинамического определения с квантовомеханическим {см. ниже).
В квантовой механике положение существенно меняется. Как известно, основное уравнение квантовой механики - уравнение Шредингера само по себе симметрично по отношению к изменению знака времени (при условии одновременной замены, волновой функции на . Это значит, что если в некоторый момент времени волновая функция задана, ), и, согласно уравнению Шредингера, в другой момент времени она должна стать равной то переход от к обратим; другими словами, если в начальный момент было бы , то в момент будет . Несмотря, однако, на эту симметрию, квантовая механика в действительности существенным образом содержит неэквивалентность обоих направлений времени. Эта неэквивалентность проявляется в связи с основным для квантовой механики процессом взаимодействия квантовомеханического объекта с системой, подчиняющейся с достаточной степенью точности классической механике. Именно, если с данным квантовым объектом последовательно происходят два процесса взаимодействия (назовем их А и В), то утверждение, что вероятность того или иного результата процесса В определяется результатом процесса А, может быть справедливо лишь в том случае, если процесс А имел место раньше процесса В (см. также III, § 7),
Таким образом, в квантовой механике имеется физическая неэквивалентность обоих направлений времени, и в принципе закон возрастания энтропии мог бы быть ее макроскопическим выражением. В таком случае должно было бы существовать содержащее квантовую постоянную h неравенство, обеспечивающее справедливость этого закона и выполняющееся в реальном мире. Однако до настоящего времени никому не удалось сколько-нибудь убедительным образом проследить такую связь и показать, что она действительно имеет место.
Вопрос о физических основаниях закона монотонного возрастания энтропии остается, таким образом, открытым. Не имеет ли его происхождение космологической природы и не связано ли оно с общей проблемой начальных условий в космологии?
Играет ли, и какую роль, в этом вопросе нарушение временной симметрии в некоторых процессах слабых взаимодействий между элементарными частицами? Возможно, что на подобные вопросы будут получены ответы лишь в процессе дальнейшего синтеза физических теорий.
Резюмируя, еще раз повторим общую формулировку закона возрастания энтропии: во всех осуществляющихся в природе замкнутых системах энтропия никогда не убывает она увеличивается или, в предельном случае, остается постоянной. Соответственно этим двум возможностям все происходящие с макроскопическими телами процессы принято делить на необратимые и обратимые. Под первыми подразумеваются процессы, сопровождающиеся возрастанием энтропии всей замкнутой системы; процессы, которые бы являлись их повторениями в обратном порядке, не могут происходить, так как при этом энтропия должна была бы уменьшиться. Обратимыми же называются процессы, при которых энтропия замкнутой системы остается постоянной и которые, следовательно, могут происходить и в обратном направлении. Строго обратимый процесс представляет собой, разумеется, идеальный предельный случай; реально происходящие в природе процессы могут быть обратимыми лишь с большей или меньшей степенью точности.
Страница
2
Преуспевающим фирмам угрожает опасность того, что когда в системе происходит что-нибудь серьезное, они рискуют превратить благодатный цикл в порочный. Как это может произойти? Первый случай связан с парадоксом накопления - у вас может оказаться слишком много хорошего.
Достаточно большой успех делает вас высокомерными, самодовольными или алчными. Вы игнорируете новую технологию, потенциал которой позволяет предоставлять лучшие или более дешевые услуги, потому что ваш успех построен на старой технологии. Вы получаете такие значительные прибыли, что ваши менеджеры или профсоюзы увеличивают статьи расходов фирмы намного больше, чем конкуренты. Вы перестаете прислушиваться к потребителям; вы и так знаете, чего они хотят, к тому же они так назойливо мешают вам. Вы перестаете привлекать новые таланты или нанимаете талантливых людей, но не даете им сделать ничего нового.
Вы повышаете размеры, сложность, гетерогенность (неоднородность) фирмы, делаете ее менее управляемой и все менее похожей на родовую общину.
Если вы совершаете хотя бы одну из этих ошибок, можете распрощаться с надеждой на успех. В этом и состоит парадокс накопления.
Парадокс накопления в бизнесе - верный признак моральной порочности. Но второй из наших трех предупреждающих законов силы, закон энтропии, познакомит вас с аморальной физической силой, всегда готовой свести на нет любой из наших благородных порывов.
Закон энтропии
Понятие "энтропия" ввел немецкий физик Рудольф Юлиус Эмануэль Клаузиус для обозначения тенденции вещей к изнашиванию.
Люди стареют. Дома рушатся. Звезды сгорают. Утесы оседают в море.
Мир изменяется, и чтобы сохранить то, что у нас было раньше, мы должны сделать больше, чем сделали вчера. Вещи можно содержать в порядке или даже улучшить (краска на доме может выцвести, но дом можно покрасить снова еще лучше, чем раньше), но эта задача требует новых действий. Энергия системы разряжается и теряется, поэтому жизнь требует вливаний новой энергии.
Поддержание успеха требует постоянных усилий. Естественное состояние природы не равновесие, а энтропия. Конкурентное положение компании основывается на сложных взаимосвязях уникальных ресурсов и отношений, живых и беспокойных. Так же как любые системы и любые отношения, эти взаимосвязи, если о них не заботиться, не подкреплять и не обновлять, слабеют и распадаются. Противостоять энтропии вполне возможно. Но эта задача требует постоянных инноваций и улучшенного использования имеющейся в наличии энергии.
Закон непредусмотренных последствий
Третий общепринятый способ превращения успеха в поражение связан с непредусмотренными последствиями действий, предпринятых из лучших побуждений. Вот пример простейшего просчета, основанного на непонимании принципов работы систем.
Дитрих Дернер, профессор психологии Бамбергского университета в Германии, написал увлекательную книгу "Логика неудачи", в которой рассматривается вопрос, почему разумные люди и серьезные учреждения могут действовать осторожно и с наилучшими намерениями и все равно получать катастрофические результаты. Он говорит, что проблема заключается в наших моделях мышления, которые характеризуются линейностью, очередностью обдумывания деталей и привязанностью к причинно-следственным отношениям. В силу нашего неумения мыслить на языке систем и их взаимоотношений мы не можем охватить взглядом всю картину целиком и нагромождаем одни мелкие ошибки на другие, что в конечном итоге приводит нас к непредусмотренным и часто трагическим последствиям.).
Дернер приводит множество примеров катастроф. Почему высококвалифицированные инженеры, которые проектировали Асуанскую плотину и простая цель которых состояла в том, чтобы дать Египту дешевую электроэнергию, не осознали, что они прекратят ежегодные разливы реки, в течение тысячелетий обеспечивавшие богатство и плодородие долины Нила? Почему планировщики программ здравоохранения в бедных странах не учли, что увеличение численности населения приведет к резкому возрастанию потребности в пищевых продуктах и что без дополнительного производства пищи улучшение здравоохранения обернется для людей недоеданием, а порой и голодом?
Как избежать непредусмотренных последствий
Дитрих Дернер предлагает следующие рецепты:
Устанавливайте четкие, точные, позитивные и множественные цели. По возможности, цели должны быть конкретными. (Если мы этого не можем, то лучше делать что-нибудь кое-как, чем не делать ничего.)
Выстраивайте гипотезы и проверяйте их. Если мы сделаем х, то в результате получим а, b и с. Если нас устраивают а, b и с, то мы можем попробовать сделать х. Если ожидаемый результат получен не будет, по крайней мере, у нас останется дополнительная информация. Неправильные гипотезы можно исправить.
Используйте аналогии, чтобы прийти от того, что мы знаем, к тому, чего мы не знаем.
Думайте обо всем как о системе и постарайтесь идентифицировать все важные системные элементы. Постройте модель системы. Вы можете начать с одного элемента, но затем подумайте о его контексте. В примере с прудом можно начать с рыбки. Рыбка дышит, ест, испражняется. Ей нужен кислород. Что будет с отходами? Постепенно мы увидим, как стыкуются все элементы системы.
Думайте о проблемах, которые в данный момент не стоят перед вами, но могут появиться как побочные эффекты ваших действий. Подумайте о том, что может случиться через какое-то время. Вообразите потенциальные ловушки.
Не торопитесь приписывать все, что происходит, одной главной причине. Так бывает крайне редко.
Стройте симуляторы. Играя в игры, где на систему воздействует множество переменных величин, вы узнаете, как работает система, и сможете совершать ошибки, рискуя лишь воображаемыми наказаниями.
Одно обстоятельство, о котором не упомянул Дернер, но которое кажется мне очевидным, заключается в том, что самым эффективным лекарством от непредусмотренных последствий является человеческая изобретательность и адаптивность. Непредусмотренные последствия возникают, потому что мы живем в условиях нелинейных систем, совершаем изменения, действуем.
Резюме
Устойчивый успех строится на благодатном цикле. Но успех часто содержит семена саморазрушения. Благодатный цикл может превратиться в порочный, если успех меняет условия, которые привели вас к нему. В этом парадокс накопления: богатство разъедает желание радовать потребителей. Преуспевающие фирмы становятся вялыми и сложными. Там, где властвуют алчность, самодовольство и высокомерие, нет места успеху.
Помимо такого этического краха, вас подстерегают еще две опасности: энтропия и непредусмотренные последствия. Так же как все остальное, элементы бизнеса - идеи, технологии, отдельные люди, команды и корпорации - подвержены энтропии. Без технического обслуживания и обновления заводная пружина у этих элементов скоро ослабеет. Бизнес постоянно ощущает все более сильную нехватку энергии. Энтропия сильнее всего поражает вчерашних победителей. Успех нужно постоянно изобретать сначала, а прошедший успех затрудняет процесс достижения нового успеха. Самые тяжелые осложнения эта болезнь вызывает у фирм, которые поглощают больше стоимости, чем добавляют; их источник сотрудничества иссякает.
