WEBVTT

00:00:06.875 --> 00:00:10.453
Существует понятие, которое имеет
первостепенную важность в химии и физике.

00:00:10.453 --> 00:00:15.293
Оно помогает объяснить, почему физические 
процессы протекают так, а не иначе:

00:00:15.293 --> 00:00:16.849
почему лёд тает,

00:00:16.849 --> 00:00:19.279
почему взбитые сливки
растворяются в горячем кофе,

00:00:19.279 --> 00:00:22.529
почему воздух выходит из пробитой шины.

00:00:22.529 --> 00:00:27.039
Это — энтропия, и разобраться в ней
бывает очень сложно.

00:00:27.039 --> 00:00:31.879
Энтропию часто описывают
как меру неопределённости.

00:00:31.879 --> 00:00:35.739
Это удобное определение, 
но оно, к сожалению, обманчиво.

00:00:35.739 --> 00:00:38.511
Например, что более неупорядочено:

00:00:38.511 --> 00:00:43.469
чашка колотого льда 
или стакан воды комнатной температуры?

00:00:43.469 --> 00:00:45.373
Большинство людей ответит, что лёд,

00:00:45.373 --> 00:00:49.069
но его энтропия ниже.

00:00:49.069 --> 00:00:52.898
Поэтому энтропию стоит рассматривать
с точки зрения вероятности.

00:00:52.898 --> 00:00:57.290
Возможно, это будет сложнее понять,
но вдумайтесь в него какое-то время,

00:00:57.290 --> 00:01:01.260
и вы лучше осмыслите понятие энтропии.

00:01:01.260 --> 00:01:03.661
Рассмотрим два малых твёрдых тела,

00:01:03.661 --> 00:01:07.541
каждое из которых состоит
из шести атомных связей.

00:01:07.541 --> 00:01:12.781
В нашем примере энергия в каждом
твёрдом теле содержится в этих связях.

00:01:12.781 --> 00:01:15.292
Их можно представить себе
простыми контейнерами,

00:01:15.292 --> 00:01:20.070
которые могут содержать неделимые
единицы энергии, известные как кванты.

00:01:20.070 --> 00:01:24.601
Чем больше энергии в твёрдом теле,
тем выше его температура.

00:01:24.601 --> 00:01:29.042
Оказывается, существует немало
вариантов распределения энергии

00:01:29.042 --> 00:01:30.682
в двух твёрдых телах,

00:01:30.682 --> 00:01:34.592
но при этом та же общая энергия 
будет сохраняться в каждом из них.

00:01:34.592 --> 00:01:38.502
Каждая из этих возможностей
называется микросостоянием.

00:01:38.502 --> 00:01:43.341
Для шести квантов энергии
в теле А и двух в теле В

00:01:43.341 --> 00:01:47.832
существует 9 702 микросостояний.

00:01:47.832 --> 00:01:52.861
Безусловно, существуют другие варианты
распределения наших 8 квантов энергии.

00:01:52.861 --> 00:01:57.833
Например, вся энергия может храниться
в теле А и её вообще не будет в теле В,

00:01:57.833 --> 00:02:00.872
или половина — в А и половина — в В.

00:02:00.872 --> 00:02:04.154
Если предположить, что каждое
микросостояние равновероятно,

00:02:04.154 --> 00:02:06.794
то мы увидим, что некоторые
конфигурации энергии

00:02:06.794 --> 00:02:10.543
более вероятны, чем другие.

00:02:10.543 --> 00:02:14.184
Это происходит из-за большего
у них числа микросостояний.

00:02:14.184 --> 00:02:20.143
Энтропия — это степень вероятности
каждой из конфигураций энергии.

00:02:20.143 --> 00:02:23.193
Мы видим, что конфигурация энергии,

00:02:23.193 --> 00:02:26.843
когда та наиболее рассеяна
между двумя твёрдыми веществами,

00:02:26.843 --> 00:02:28.924
имеет наивысшую энтропию.

00:02:28.924 --> 00:02:30.474
Поэтому в общем смысле

00:02:30.474 --> 00:02:34.853
энтропией можно называть
меру рассеивания энергии.

00:02:34.853 --> 00:02:37.893
Низкая энтропия означает,
что энергия сконцентрирована.

00:02:37.893 --> 00:02:41.623
Высокая энтропия — что она рассеяна.

00:02:41.623 --> 00:02:45.765
Чтобы понять, почему энтропия полезна
при объяснении естественных процессов,

00:02:45.765 --> 00:02:48.075
как то остывание горячих объектов,

00:02:48.075 --> 00:02:52.434
мы должны рассмотреть динамическую
систему, в которой перемещается энергия.

00:02:52.434 --> 00:02:54.935
В реальности энергия 
не лежит «мёртвым грузом».

00:02:54.935 --> 00:02:58.065
Она постоянно движется
между соседними связями.

00:02:58.065 --> 00:03:00.206
Когда энергия движется,

00:03:00.206 --> 00:03:02.955
конфигурация энергии может изменяться.

00:03:02.955 --> 00:03:05.085
Вследствие распределения микросостояний

00:03:05.085 --> 00:03:09.836
существует вероятность, равная 21%,
что система окажется в конфигурации,

00:03:09.836 --> 00:03:13.595
при которой энергия максимально рассеяна,

00:03:13.595 --> 00:03:17.357
13% того, что она вернётся
в своё изначальное состояние,

00:03:17.357 --> 00:03:22.857
и всего 8%, что тело А приобретёт энергию.

00:03:22.857 --> 00:03:26.935
Мы снова видим, что поскольку
вариантов с рассеянной энергией

00:03:26.935 --> 00:03:30.026
и высокой энтропией больше,
чем с сосредоточенной энергией,

00:03:30.026 --> 00:03:32.558
она имеет тенденцию рассеиваться.

00:03:32.558 --> 00:03:35.509
Поэтому, если вы поставите рядом
горячий и холодный предметы,

00:03:35.509 --> 00:03:40.420
холодный нагреется, а горячий охладится.

00:03:40.420 --> 00:03:41.867
Но даже в этом примере

00:03:41.867 --> 00:03:47.116
существует вероятность, равная 8%, 
что горячий объект станет ещё горячее.

00:03:47.116 --> 00:03:51.427
Почему же этого никогда 
не происходит в реальной жизни?

00:03:51.427 --> 00:03:54.177
Всё зависит от размеров системы.

00:03:54.177 --> 00:03:58.057
У наших гипотетических веществ
было всего по шесть связей.

00:03:58.057 --> 00:04:03.938
Давайте увеличим их число
до 6 000 связей и 8 000 единиц энергии,

00:04:03.938 --> 00:04:07.527
у системы вначале будет
три четверти энергии в теле А

00:04:07.527 --> 00:04:10.127
и одна четверть в теле В.

00:04:10.127 --> 00:04:14.337
Теперь вероятность того, что А
спонтанно приобретёт больше энергии,

00:04:14.337 --> 00:04:17.247
вот настолько мала.

00:04:17.247 --> 00:04:22.308
У знакомых нам повседневных предметов
во много, много раз больше частиц.

00:04:22.308 --> 00:04:25.920
Шанс того, что горячий объект
в реальном мире станет горячее,

00:04:25.920 --> 00:04:28.011
настолько ничтожен,

00:04:28.011 --> 00:04:30.409
что этого никогда не происходит.

00:04:30.409 --> 00:04:31.528
Лёд тает,

00:04:31.528 --> 00:04:32.918
сливки растовряются,

00:04:32.918 --> 00:04:34.676
шины сдуваются,

00:04:34.676 --> 00:04:39.942
потому что эти состояния обладают более 
распределённой энергией, чем изначальные.

00:04:39.942 --> 00:04:41.482
Не существует волшебной силы,

00:04:41.482 --> 00:04:43.630
«толкающей» систему 
к более высокой энтропии.

00:04:43.630 --> 00:04:48.928
Просто более высокая энтропия
статистически более вероятна.

00:04:48.928 --> 00:04:52.480
Поэтому энтропию называют стрелой времени.

00:04:52.480 --> 00:04:56.999
Если у энергии есть шанс рассеяться,
то это обязательно произойдёт.