Попытки простыми словами объяснить, что такое энтропия, люди делают с тех пор, как появился сам этот термин, то есть почти 160 лет (с 1865 года). До сегодняшнего дня никто не преуспел.
Во-первых, потому что это понятие из термодинамики. Первое его значение связано с правилами существования и передачи тепловой энергии, закономерностями и законами, которые наука изучает столетиями, время от времени открывая что-то новое. Во-вторых, даже ученые трактуют энтропию по-разному в зависимости от сферы применения.
Поэтому мы расскажем о том, что понимают под словом «энтропия» физики и другие специалисты, в каких случаях применяют этот термин и чем знание о нем может помочь в жизни и бизнесе.
Что такое энтропия и почему из-за попыток узнать о ней побольше увеличивается хаос
Энтропия — это мера, которой в термодинамике измеряют рассеивание энергии, в статистической механике — мера вероятности, что система придет в определенное состояние, в бизнесе — степень отклонений реальной деятельности от идеальной стратегии. Понятие также используют во многих других отраслях от философии до психологии. Но обо всем по порядку.
Энтропия в термодинамике
Чуть больше полутора сотен лет назад физик Рудольф Клаузиус изучал распределение энергии в макроскопических (состоящих из большого количества частиц) системах в теории и на практике. И заметил, что в реальных системах, в отличие от смоделированных идеальных, не вся тепловая энергия превращается в работу (какое-то полезное действие). Не все тепло, переданное системе, пойдет на повышение температуры вещества в ней. Часть всегда рассеивается.
Но известно, что энергия не берется ниоткуда и не исчезает в никуда. Так на что же она идет в термодинамической системе, кроме повышения температуры? Клаузиус нашел ответ на этот вопрос: повышает энтропию. И даже вывел формулу, с помощью которой можно вычислить, как та растет. Но не саму ее, потому что не существовало прибора, чтобы измерить энтропию.
Нет его и сейчас, поэтому понятие остается абстрактным и относительным, а объясняют его через разные примеры и аналогии.
Если в одной половине закрытой системы холодные частицы, а в другой — горячие, тепловая энергия будет поступать от вторых к первым. Это второй закон термодинамики: холодное не может нагреть горячее, только наоборот. И только до тех пор, пока обе половины не уравновесятся по этому показателю и энтропия не достигнет максимума.
Как выглядит система в таком состоянии? Равновесной. То есть частицы распределяются в ней равномерно. Вероятность обнаружить частицы в других положениях (например, все в какой-то одной части системы) есть, но она намного меньше.
Эту закономерность вывели и изучали уже другие физики, Джозайя Гиббс и Людвиг Больцман, отцы статистической механики.
Энтропия в статистической физике
Множество экспериментов с замкнутыми термодинамическими системами показали, что частицы в них распределяются и движутся хаотично. И чем выше их температура — тем выше скорость движения. А также энтропия.
Но благодаря последней хаотичность хоть и выражается в отсутствии привычного для человека порядка, однако подчиняется закономерности — тяготеет к уравновешиванию вещества в системе. То есть частицы будут активно рассыпаться в ней во все стороны, пока не распределятся внутри более-менее равномерно.
Такое макросостояние (положение частиц) достигается при максимальной энтропии. Поэтому, измеряя ее, можно рассчитать вероятность наступления множества микросостояний (временных).
Вместе с этим ученые выяснили еще одно важное свойство энтропии: в замкнутой системе она не может уменьшаться, только увеличивается. Или остается на одном уровне, если система в покое (теоретически, в идеальных условиях). Это утверждение стало вторым законом термодинамики. На практике для нас оно означает, что ничего не упорядочивается само собой, без приложения дополнительных сил, только разваливается. Что ни возьми.
Если не заботиться о доме, он разрушится, огород зарастет, любая организованная структура рассыплется.
А если прилагать силы, то часть системы можно на время упорядочить и снизить ее энтропию. Но в целом в мире она все равно возрастет. Потому что понадобится дополнительная энергия, чтобы навести порядок, а скорее всего, еще инструменты для этого. На создание которых также пойдет энергия, часть которой рассеется и увеличит энтропию еще больше.
Ее увеличивает даже изучение того, как она растет. Потому что для этого требуются бумага, книги, оборудование для экспериментов, усилия ученых.
Пока считается, что вся наша Вселенная — тоже одна из закрытых систем, только очень большая (к этому мы еще вернемся чуть позже). То есть законы термодинамики на нее тоже распространяются. Значит, энтропия в ней также увеличивается с течением времени, а частицы, из которых состоит материя, тяготеют к равномерному распространению повсюду.
Так как для человека порядок — это форма строгой организации чего бы то ни было, энтропия для него выступает мерой хаоса, неопределенности и беспорядка. Которые постоянно нарастают. Только в глобальном масштабе очень медленно.
Вот так из физики понятие энтропии перекочевало в математику, теорию информации и другие сферы жизни.
Почему и как термином физиков пользуются психологи, бизнесмены, информатики
Получается, что законы термодинамики — фундаментальные основы существования Вселенной. И работают в самых разных сферах. Справедливы они и для тех, у кого есть свое дело.
Мнение эксперта
Как термодинамика связана с нашей жизнью? Напрямую: ведь не зря великие ученые, такие как Эйнштейн и Ньютон, называли свои работы естественнонаучными. Естественная наука исследует законы, которые применимы в том числе и к жизни, обществу, бизнесу.
Энтропия нарастает. Вначале мы жили в понятном мире, где доминирует проектное управление, процессы, где цели определяются по методу SMART.
Потом, с развитием бизнеса, глобализации, развитием технологий появилось больше информации для анализа, больше неизвестных. Мы перешли к более сложным гейтовым моделям управления проектами (проект разбивают на этапы — контрольные точки, в каждой из которых работу анализируют и корректируют по мере необходимости). Позже, с развитием технологий и большим количеством изменений, в том числе в потребительских предпочтениях, появились гибкие методологии управления.
Затем мир наполнился неожиданными событиями, которые Нассим Николас Талеб называл “черными лебедями”. Экономические события, санкции, геополитика, экология, военные действия в разных частях планеты, пандемия. Это те факторы, которые мы не успеваем проанализировать, к которым не успеваем подготовиться.
И здесь часто перестают работать привычные методы управления. Нужен совершенно другой способ мышления. С нарастанием энтропии мы должны постоянно учиться работать в самых разных обстоятельствах: и ставить цели SMART, и владеть гибкими методологиями управления, и уживаться с “черными лебедями”.
Энтропия нарастает не только в контексте, но и в организации. При любых изменениях в компании целостную картину имеет штаб-квартира, топ-менеджмент. Чем дальше мы движемся вглубь организации, тем больше неопределенности видим. Здесь уместно вспомнить басню Эзопа о слоне, которого изучают на ощупь: отдельное подразделение, отдельные руководители не видят всей картины. Им доступен только один аспект изменений, и в этом смысле они чувствуют себя неуверенными, уязвимыми.
С другой стороны, они должны транслировать эти изменения вниз. Опыт и большое число экспериментов показывают, что чем дальше вглубь организации транслируется эта неустойчивость, неопределенность, тем сильнее нарастает стресс и тем больше становится беспорядка.
Поэтому мы должны понять: прежнего устойчивого, предсказуемого, постоянного мира больше не будет. Чтобы существовать в новых реалиях, нужно развивать в себе такие качества, как адаптивность, гибкость мышления, умение видеть расширенную картину мира и создавать внутри высокоресурсное состояние, которое позволит справляться с этой энтропией.
Как мы знаем из статистики, с этой задачей в бизнесе справляются немногие. Из 100 открытых компаний более 80 закрываются в первый год. Но остальные находят энергию и способы упорядочить свою часть системы и удерживать ее в таком состоянии.
Иногда знания приумножают печали, но в современном мире они чаще дают новые возможности. Упускать их или пользоваться? Каждый решает сам.
Лучшее вложение — в себя. Востребованные профессии и навыки дадут возможность заработать в любое время и в любом месте. Не нужно больше откладывать новую жизнь на завтра. В рассрочку до 24 месяцев оплачивайте Халвой курсы иностранных языков, обучение топовым IT-специальностям, развитие творческих способностей и новых навыков. Выберите подходящую школу из сотен партнеров карты. Начинайте менять жизнь к лучшему уже сегодня!
В информатике уровень энтропии определяет непредсказуемость появления того или иного символа и исход какого-то события. Чем выше энтропия, тем сложнее предсказать, по какому сценарию будет развиваться ситуация.
Еще термин «энтропия» как стремление к равновесному состоянию можно встретить в психологии и психиатрии. Например, Карл Юнг использовал его, чтобы описать работу сознательного и бессознательного. Он отмечал, что их симбиоз как две половины одной системы стремится к уравновешиванию. И если постоянно вытеснять все нежелательное в бессознательное, энтропия в этой части возрастет, а человек будет чувствовать неудовлетворенность. В то же время полное уравновешивание этих частей приведет к своего рода психической смерти — отсутствию энергии, в том числе творческой и созидательной.
В современной психологии энтропией также называют меру неопределенности, нарастающий в мире беспорядок. А противопоставляют ему умение человека самоорганизовываться и приводить в порядок части системы вокруг себя. Личностям с высокой стрессоустойчивостью с проявлениями энтропии справляться проще, с низкой — сложнее.
Собственно, разум человека, в отличие от материи, тяготеет как раз к порядку и упорядочиванию, а не к хаосу. И в этом ключе об энтропии говорят философы. В том числе и обсуждая жизнь и теории смерти Вселенной. Ведь как замкнутая система она должна когда-то уравновеситься и умереть, когда хаос в ней достигнет максимума. Но, скорее всего, мы просто пока еще не все о ней знаем.
Например, в конце 90-х годов появились сведения о том, что Вселенная расширяется. Не все ученые с этим согласны. Но это уже повод сказать, что едва ли энтропия в ней когда-нибудь, а тем более скоро, достигнет пика.
Так что пока остается только приумножать всеобщий хаос, упорядочивая то, что нам подвластно, и вместе с тем продолжать изучение окружающего мира.
