ФЭПО-КСЕ-4

Тема: Принцип возрастания энтропии

Не относится к числу известных в физике и вообще в естественных науках форм энергии …

˅ положительная и отрицательная психоэнергия

потенциальная и кинетическая энергия

ядерная энергия

тепловая энергия

Тема: Принцип возрастания энтропии

Законы термодинамики не запрещают устройства, которое …

˅ производит полезную работу 6 кДж, сжигая для этого топливо с общей теплотворной способностью 15 кДж

производит полезную работу 15 кДж, сжигая для этого топливо с общей теплотворной способностью 6 кДж

производит полезную работу 15 кДж, не потребляя при этом энергии

производит полезную работу 15 кДж, сжигая для этого топливо с общей теплотворной способностью 15 кДж

Решение:

Первый закон термодинамики (закон сохранения количества энергии при ее превращениях) утверждает невозможность вечного двигателя первого рода – гипотетического устройства, которое производило бы полезной работы больше, чем потребляло энергии. Второй же закон термодинамики можно сформулировать как запрет на создание вечного двигателя второго рода – гипотетического устройства, единственным результатом работы которого было бы превращение тепловой энергии в равное количество полезной работы.

Тема: Принцип возрастания энтропии

Не прибегая к вычислениям, укажите, в каком процессе при поддержании постоянной температуры энтропия продуктов превышает энтропию исходных веществ.

˅

Тема: Принцип возрастания энтропии

Между вторым законом термодинамики, утверждающим, что в мире преобладает деградация (рост энтропии), и биологическим эволюционизмом, утверждающим закономерность возникновения все более сложных и высоко организованных организмов, в действительности нет противоречия, поскольку …

˅ закон роста энтропии непосредственно применим лишь к изолированным системам и не противоречит выводам биологии, имеющей дело с открытыми системами

второй закон термодинамики надежно подтвержден опытом, значит, противоречащая ему эволюционная теория просто неверна

эволюционная теория – основа биологии, лидирующей в современном естествознании, а противоречащий ей закон роста энтропии отвергнут

живые организмы не подчиняются физическим законам, которые применимы лишь к неживым объектам

Решение:

Второй закон термодинамики гарантирует возрастание энтропии лишь для систем, изолированных от внешнего мира. Но ни один живой организм, ни одно сообщество организмов принципиально не могут рассматриваться как изолированные системы, поскольку лишить живой организм возможности обмена веществами и энергией с окружающей средой означает убить его. Следовательно, жизнь не нарушает буквы второго закона термодинамики.

Тема: Принцип возрастания энтропии

К числу возможных формулировок второго закона термодинамики не принадлежит утверждение о том, что …

˅ энтропия любой системы стремится к нулю при стремлении к абсолютному нулю температуры этой системы

энтропия изолированной системы с течением времени возрастает или остается постоянной

в изолированной системе беспорядок неизбежно нарастает, а имеющиеся структуры разрушаются

запрещен любой процесс, единственным результатом которого было бы превращение тепловой энергии в равное количество механической работы

Решение:

Утверждение о стремлении к нулю энтропии при стремлении к абсолютному нулю температуры не связано непосредственно со вторым законом термодинамики и представляет собой отдельный закон (тепловую теорему Нернста, иногда называемую также третьим законом термодинамики).

Тема: Принцип возрастания энтропии

Используя введенное Людвигом Больцманом понимание энтропии как меры беспорядка, можно вычислять энтропию не только природных систем, но и текстов, как созданных человеком, так и естественных (последовательность нуклеотидов в ДНК, последовательность аминокислот в белковой молекуле и так далее). Укажите, какой из приведенных текстов обладает максимальной энтропией.

˅ ЪДЕЩТОЩРТУЬЗЕНЫ ЛН

ДЫР БУЛ ЩИР УБЕЩУР

МАМА ОЛИ МЫЛА РАМУ

АААААААААААААААААА

Решение:

Максимальной энтропией обладает максимально беспорядочный текст, в котором отсутствуют признаки какой бы то ни было структуры (орфографической, грамматической, ритмической и других), то есть текст, представляющий собой случайный набор символов алфавита. Нулевой энтропией обладает абсолютно упорядоченный текст, представляющий собой повторение одного символа.

Тема: Принцип возрастания энтропии

Энтропия системы может изменяться …

˅ как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, если система открытая

только в сторону уменьшения, если система изолированная

только в сторону увеличения, если система открытая

как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, если система изолированная

Решение:

Второй закон термодинамики запрещает понижение энтропии изолированной системы. Все остальное не запрещено, то есть может происходить в реальности, в частности любое изменение энтропии системы открытой.

Тема: Принцип возрастания энтропии

Обозначим:

S1 – количество энтропии, которое Земля ежегодно получает с потоком солнечного света;

S2– количество энтропии, которое Земля ежегодно отправляет в космос с потоком собственного теплового излучения;

S3 – количество энтропии, которое ежегодно производится на Земле во всех происходящих на ней процессах.

Тогда, учитывая, что на Земле с течением времени постоянно возникали все более сложные и упорядоченные структуры (например, биосфера и человеческое общество), должно иметь место неравенство …

˅ S2 ≥ S1 + S3

S1 ≥ S2 + S3

S2 > S1

S1 > S2

Решение:

Возникновение структур означает рост упорядоченности. Поскольку энтропия есть мера беспорядка, возникновение структур на Земле должно было сопровождаться понижением энтропии планеты. А это возможно лишь в том случае, если отвод энтропии с Земли в космическое пространство перекрывает ее поступление на Землю с солнечным светом и собственное производство вместе взятые, или, по крайней мере, компенсирует эти две «приходные статьи»: S2 ≥ S1 + S3

Тема: Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма

Научное направление под названием синергетика…

˅ сформировалась во второй половине XX века

это то же самое, что биологический эволюционизм

рассматривает общие закономерности самоорганизации в живой и неживой природе

рассматривает пути выхода цивилизации из энергетического кризиса

Тема: Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма

Синергетика изучает …

˅ закономерности самоорганизации в природных и социальных системах

пути выхода цивилизации из энергетического кризиса

историю и законы биологической эволюции

способы точного прогнозирования отдаленного будущего

Тема: Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма

Состояние системы, приближающейся к точке бифуркации, характеризуется …

˅ неустойчивостью

стабильностью

полным отсутствием флуктуаций

полной определенностью пути дальнейшего развития

Решение:

Согласно общим закономерностям самоорганизации, прохождение точки бифуркации – это системный кризис, характеризующийся развитием неустойчивости системы, ростом амплитуды и продолжительности существования всевозможных отклонений от нормы (флуктуаций) и, как следствие, невозможностью предсказать даже ближайшее будущее системы.

Тема: Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма

В точках бифуркации поведение системы…

˅ становится неопределенным

определяется динамическими закономерностями

связано только с количественными изменениями ее характеристик

характеризуется повышенной устойчивостью

Тема: Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма

Согласно законам синергетики и положениям универсального эволюционизма, будущее развивающейся системы …

˅ принципиально невозможно точно предсказать на период, включающий хотя бы одну точку бифуркации

легко предсказать абсолютно точно и однозначно, зная законы, управляющие поведением системы

можно предсказать точно, но это требует очень трудоемких и сложных расчетов, а также большого объема информации о системе

принципиально невозможно предсказать точно даже на очень короткий период

Решение:

Синергетика утверждает, что путь выхода развивающейся системы из точки бифуркации непредсказуем, поскольку определяется флуктуациями, игрой случая. С каждой следующей точкой бифуркации неопределенность только нарастает. Поэтому дальние прогнозы для эволюционирующей системы невозможны в принципе, а вот траектория ее развития между точками бифуркации (то есть в течение относительно небольшого периода времени) вполне поддается достаточно точному расчету и прогнозированию.

Тема: Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма

Поведение системы с динамическим хаосом непредсказуемо, поскольку …

˅ неизбежны погрешности в определении начальных условий

недостаточно развит уровень эмпирической базы

не существует теорий, описывающих такие системы

нет возможности математически описать такие системы

Тема: Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма

К числу условий, необходимых для самоорганизации в системе, относится …

˅ сильная неравновесность системы

изолированность системы от окружающей среды

химическая неоднородность системы

большие размеры системы

Решение:

Самоорганизация происходит только в неравновесных нелинейных системах, когда степень неравновесности превосходит определенное критическое значение.

Тема: Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма

К явлениям самоорганизации можно отнести …

˅ переход химической реакции в колебательный режим при высоких концентрациях реагентов

превращение пашни в пустыню при высокой интенсивности землепользования

образование снежинок в результате кристаллизации водяных паров при понижении температуры

формирование социального поведения у ребенка при правильном воспитании

Решение:

Атрибутами самоорганизации служат повышение сложности и упорядоченности системы, самопроизвольность процесса и неравновесность возникающей структуры.

Тема: Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма

Диссипативной структурой является …

˅ человек

дом

молекула

астероид

Решение:

Диссипативная структура – это неравновесная упорядоченная структура, возникшая в результате самоорганизации. Название отражает тот факт, что диссипативная структура рассеивает (диссипирует) постоянно поступающую в нее энергию, то есть трансформирует ее в энергию более низкого качества.

Тема: Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма

Рост упорядоченности при возникновении диссипативной структуры в неравновесной системе происходит за счет …

˅ ускорения выноса энтропии из системы в окружающую среду

замедления производства энтропии в системе

охлаждения системы, сопровождающегося кристаллизацией

приближения системы к равновесному состоянию

Решение:

Согласно закономерностям самоорганизации, возникновение диссипативной структуры всегда сопровождается скачкообразным ростом производства энтропии. Потому структура и называется «диссипативной», то есть «рассеивающей» энергию, переводящей энергию в менее качественные формы. Чтобы при этом обеспечить рост упорядоченности, то есть снижение энтропии системы, необходимо одновременно столь же резко ускорить вынос энтропии за пределы системы, в окружающую среду. Именно поэтому любое человеческое поселение непременно окружено кольцом свалок, постоянно и быстро растущих, пока это поселение существует и развивается.

Тема: Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма

К числу закономерностей самоорганизации относится положение о том, что самоорганизация …

˅ происходит в результате потери системой устойчивости

происходит благодаря повышению устойчивости системы

требует внешнего по отношению к системе управляющего воздействия

сопровождается понижением энтропии как системы, так и окружающей среды

Решение:

Общие закономерности самоорганизации:

1) диссипативная структура возникает быстро, по достижении критического уровня неравновесности;

2) диссипативная структура возникает после прохождения системой точки бифуркации (кризиса, потери устойчивости);

3) утрата устойчивости системой по мере приближения к точке бифуркации проявляется в росте амплитуды и времени существования флуктуаций – случайных отклонений системы от нормы;

4) после прохождения системой точки бифуркации флуктуации стабилизируются и становятся элементами возникающей упорядоченной диссипативной системы;

5) направление выхода системы из точки бифуркации определяется непредсказуемой игрой флуктуаций, поэтому точное предсказание будущего развивающейся системы на период, включающий хотя бы одну точку бифуркации, невозможно в принципе;

6) образование диссипативной структуры в результате самоорганизации понижает энтропию системы, так как упорядоченность системы возрастает; однако достигается это за счет ускоренной диссипации энергии, то есть ускорения производства энтропии в системе; чтобы сохранить собственную упорядоченность, система отводит избыточную энтропию в окружающую среду, повышая тем самым ее энтропию.

Тема: Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма

Не относится к числу закономерностей самоорганизации положение о том, что …

˅ самоорганизация всегда происходит плавно, постепенно, медленно

флуктуации тем больше, чем ближе бифуркация

при самоорганизации энтропия системы понижается, а скорость производства энтропии в ней возрастает

самоорганизация происходит в результате потери системой устойчивости

Тема: Закономерности самоорганизации. Принципы универсального эволюционизма

К принципам универсального эволюционизма относится положение о том, что …

˅ настоящее и будущее зависят от прошлого, но не предопределяются им

механизм биологической эволюции включает изменчивость, естественный отбор и наследственность

преобладающей тенденцией во всех мировых процессах является тенденция к деградации и росту энтропии

развитие Вселенной определяется некоторой универсальной внешней силой, действующей из-за пределов нашего мира

Решение:

Выделяют следующие основные принципы универсального эволюционизма – важнейшей научной исследовательской программы современности:

1. Вселенная не просто существует, но и может существовать лишь в развитии.

2. Развитие Вселенной объяснимо внутренними по отношению к ней факторами, действующими объективно и познаваемыми рационально. Речь идет именно о самоорганизации материи, а не об организации ее внешними или сверхъестественными силами.

3. В мире действуют принципы отбора, выделяющие из всех мыслимых состояний некоторое множество допустимых. Отбор действует на всех уровнях: физическом (законы сохранения), химическом, биологическом и социальном.

4. На ход всех процессов во Вселенной неизбежно влияют случайные факторы. Все процессы протекают в условиях некоторого уровня неопределенности.

5. Развитие материальных объектов неизбежно приводит к точкам бифуркации, из которых возможен переход в различные состояния. В этих точках дальнейшая эволюция оказывается принципиально непредсказуемой, поскольку определяется действующими в системе в данный момент случайными флуктуациями. Поэтому настоящее и будущее зависят от прошлого, но не определяются им.

6. Упорядоченные диссипативные структуры, возникшие в результате самоорганизации, в отличие от кристаллов или технических устройств, поддерживают свое существование путем непрерывного самовоспроизводства. Диссипативную структуру, наподобие живой клетки, правильнее рассматривать уже не как структуру, а как устойчивый самоподдерживающийся процесс.