Chaos a uspořádanost

Druhá věta termodynamiky tvrdí, že v izolovaných soustavách jsou možné jen takové změny, v nichž entropie soustavy vzrůstá nebo zůstává nezměněna. Tato věta zavádí zvláštní funkci stavu zvanou entropie vyjadřující míru neuspořádanosti soustavy. Vzroste-li neuspořádanost soustavy, vzroste současně její entropie. Entropie je funkcí pravděpodobnosti stavu soustavy. Stav s nejvyšší neuspořádaností je nejpravděpodobnějším a konečným stavem každé soustavy. Nazývá se stavem rovnováhy.

Čím více je soustava uspořádaná, tím je menší pravděpodobnost jejího náhodného vzniku. Mohou tedy samovolně vznikat vysoce uspořádané struktury? Nerovnovážná termodynamika říká, že ano. Tvrdí, že jev „samoorganizace“ může nastat u termodynamických systémů složených z mnoha elementů samovolně, dostanou-li se do stavu velmi vzdáleného od stavu termodynamické rovnováhy.

Soustavy dostatečně vzdálené od termodynamické rovnováhy se chovají nelineárně a chaoticky. Přestože se tyto soustavy vyznačují prudkým nárůstem entropie, může jejich chaotické chování získat určitý řád. Objeví se uspořádanější systém, jenž snižuje svou entropii na úkor svého okolí. Tak dle některých vědců vznikly vysoce uspořádané struktury, z nichž se na Zemi vyvinula časem živá hmota ve své široké rozmanitosti.

Vesmír představuje termodynamický systém nacházející se velmi daleko od rovnováhy. V okamžiku vzniku vesmíru byla jeho uspořádanost maximální a entropie minimální. Od toho okamžiku jeho entropie stále roste. Proto zřejmě čeká vesmír v konečném stadiu „tepelná smrt“ a stav dokonalého chaosu. Než ale tento stav nastane, mohou ve vesmíru vznikat i vysoce uspořádané struktury.

Chaos je termín užívaný pro popis nepředvídatelného a zdánlivě náhodného chování dynamických systémů. Chaotickým systémem se obvykle rozumí systém obsahující velké množství elementů. Ke vzniku chaotického chování stačí, aby systém obsahoval i jen několik málo elementů (stačí i tři). Chaotické systémy makrosvěta označujeme za deterministické, protože se předpokládá, že jsou předurčeny počátečním stavem.

Deterministické chaotické systémy mohou být nepatrným zásahem uvedeny do pohybu, který směřuje k určitému výslednému tvaru zvanému atraktor. Nepatrným zásahem do takového chaotického systému však můžeme jeho chování naprosto změnit. Tato citlivost na vnější podnět bývá v nadsázce přirovnávána k situaci, kdy například v Africe motýl zamává křídly a v severní Americe to vyvolá ničivé tornádo – tzv. „efekt motýlích křídel“.

Některé atraktory představují ustálený konečný stav soustavy. To je případ kuličky vhozené do nádoby, jež nakonec vždy skončí na dně nádoby a jejíž pohyb zcela ustane. Jiné atraktory představují periodicky se opakující výsledný stav soustavy, jako je třeba pohyb Země kolem Slunce. A existují také chaotické podivné atraktory, kdy se systém nikdy neustálí v klidu nebo v nějakém opakujícím se cyklu, jehož příkladem mohou být nestability počasí.

První typ atraktorů vede ke stavu s maximální entropií – ke smrti systému. Druhý a třetí typ atraktorů umožňuje systému dlouhodobě existovat v dynamickém stavu. Bude-li nějaký systém schopen preferovat poslední dva typy atraktorů, a tak se udržovat dostatečně daleko od rovnováhy, může u něj dojít k dlouhodobému růstu jeho vnitřní uspořádanosti. To ovšem předpokládá jeho spjatost s oblastí kvantového mikrosvěta, která není plně deterministická a umožňuje ovlivnění vnitřního stavu systému bez vnějšího zásahu.

It's only fair to share...Share on FacebookShare on Google+Tweet about this on TwitterShare on LinkedIn

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *