Календарь Событий

Август 2018
ПнВтСрЧтПтСбВс
« Июл  
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031 

Физика капитализма. Часть 1

Vasiliy Бизнес 2 просмотров

Физика капитализма. Часть 1

Люди склонны думать о капитализме только в экономическом плане. Карл Маркс утверждал, что капитализм — это политическая и экономическая система, которая превращает производительный человеческий труд в прибыль и доходы для тех, кто владеет средствами производства. Защитники капитализма утверждают, что капитализм — это экономическая система, которая способствует свободному рынку и индивидуальной свободе. И противники, и защитники капитализма чаще всего измеряют влияние капитализма с точки зрения богатства и дохода, заработной платы и цен, спроса и предложения.

Тем не менее, экономика человечества представляет собой сложные биофизические системы, которые взаимодействуют с более широким природным миром, и ничто не может быть изучено в полной мере, в отрыве от материальных условий. Изучая некоторые фундаментальные концепции в физике, мы можем лучше понять, как работают все экономические системы, в том числе причины вредной деятельности капитализма на человечество и планету.

В этой статье мы объясним, как фундаментальные особенности как нашего естественного, так и экономического существования зависят от принципов термодинамики, в которых изучаются отношения между величинами, такими как энергия, труд и тепло. Понимание того, как капитализм работает на физическом уровне поможет нам понять, почему наша будущая экономическая система должна быть более экологичной, определяющей приоритетность долгосрочной стабильности и совместимости с глобальной экосферой, поддерживающей человечество.

Для понимания потребуется взглянуть на некоторые основные понятия физики. К ним относятся энергия, энтропия, диссипация и различные законы природы, которые связывают их вместе. Центральные черты нашего естественного существования, как живых организмов и людей, возникают из коллективных взаимодействий, описываемых этими основными физическими законами. Хотя эти понятия могут быть трудно определить без ссылки на конкретные модели и теории, их общие черты могут быть изложены и проанализированы, чтобы выявить мощное пересечение между физикой и экономикой.

Обмен энергией между различными системами оказывает решающее влияние на порядок, фазу и устойчивость физической материи. Энергия определяется как любое сохраняемое физическое свойство, которое может производить движение, такое как работа или тепло, при обмене между различными системами. Кинетическая энергия и потенциальная энергия являются двумя из наиболее важных форм хранения энергии. Сумма этих двух величин известна как механическая энергия. Грузовик, ускоряющийся на шоссе, накапливает кинетическую энергии, то есть энергию, связанную с движением. Валун, колеблющийся на краю скалы, имеет большую потенциальную энергию или энергию, связанную с положением. Если дать небольшой толчок, его потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию под воздействием силы тяжести. Когда физические системы взаимодействуют, энергия преобразуется во множество разных форм, но ее общая величина всегда остается постоянной. Сохранение энергии означает, что общий выход всех потоков энергии и преобразований должен равняться суммарному входу.

Обмен энергии между различными системами представляет собой некий космический двигатель, и он происходит повсюду, и мы почти не замечаем этого процесса. Тепло естественным образом течет от более теплого к более холодному, именно поэтому наш кофе становится холодным утром. Частицы перемещаются из областей высокого давления в зоны низкого давления, и именно поэтому ветер начинает завывать. Вода перемещается из областей с высокой потенциальной энергией в районы с низкой потенциальной энергией, заставляя реки течь. Электрические заряды перемещаются из областей высокого напряжения в области низкого напряжения, и, таким образом, ток проходит сквозь проводники. Поток энергии через физические системы является одной из наиболее распространенных особенностей природы, и, как показывают эти примеры, потоки энергии требуют градиентов — различия в температуре, давлении, плотности или других факторах. Без этих градиентов в природе не существовало бы никакого обмена, все физические системы остались бы в равновесии, и мир стал бы инертным — и очень скучным. Потоки энергии также важны, поскольку они могут генерировать механическую работу, которая есть любое макроскопическое перемещение, реагирующее на силу. Поднятие веса и удар ногой — примеры воздействия механической работы на другую систему. Важное достижение классической физики — приравнять количество работы к изменению механической энергии физической системы, выявляя связь между этими двумя переменными.

Хотя потоки энергии и могут производить механическую работу, они редко делают это эффективно. Крупные макроскопические системы, такие как грузовики или планеты, обычно теряют или получают механическую энергию благодаря их взаимодействию с внешним миром. Главным в этом деле является процесс диссипации — процесс, который частично уменьшает или полностью устраняет имеющуюся механическую энергию физической системы, превращая ее в тепло или излучение. Когда они взаимодействуют с внешней средой, физические системы часто теряют механическую энергию во времени через трение, диффузию, турбулентность, вибрации, столкновения и другие подобные диссипативные эффекты, все из которых встают на пути полного превращения источника энергии в механическую работу. Простым примером диссипации является тепло, выделяемое, когда мы быстро сжимаем руки. В естественном мире макроскопические потоки энергии часто сопровождаются диссипативными потерями того или иного рода. Физические системы, которые могут рассеивать энергию, способны к богатым и сложным взаимодействиям, что делает диссипацию центральной особенностью естественного порядка. Мир без диссипации и без взаимодействий, которые делают диссипацию возможной, трудно себе представить. Если бы трение внезапно исчезло из мира, люди бы только скользили повсюду. Наши машины были бы бесполезны, как и сама идея транспортировки, потому что колеса и другие механические устройства не имели бы никакого сцепления с землей и другими поверхностями. Мы никогда не смогли бы держаться за руки или качать на руках детей. Наши тела быстро бы потеряли свою внутреннюю структуру. Мир бы сильно изменился.

Диссипация тесно связана с энтропией, одним из важнейших понятий в термодинамике. В то время как энергия измеряет движение, создаваемое физическими системами, энтропия отслеживает, как энергия распределяется в естественном мире. Энтропия имеет несколько стандартных определений в физике, и все они по существу эквивалентны. В одном популярном определении классической термодинамики говорится, что энтропия представляет собой количество тепловой энергии на единицу температуры, которое становится недоступным для механической работы в процессе термодинамики. Еще одно важное определение относится к статистической физике, в которой рассматривается возможность соединения микроскопических частей природы для получения макроскопических результатов. В этой статистической версии энтропия является мерой различных способов, с помощью которых микроскопические состояния более крупной системы могут быть перегруппированы без изменения этой системы. Для конкретного примера рассмотрим типичный газ и типичное твердое вещество в равновесии. В этих двух фазах материи энергия распределяется очень по-разному. Газ имеет более высокую энтропию, чем твердое вещество, поскольку частицы первого имеют гораздо больше возможных конфигурации энергии, чем фиксированные атомные участки в твердых телах и кристаллах, которые имеют лишь небольшой диапазон конфигураций энергии, сохраняющих их фундаментальный порядок. Мы должны подчеркнуть, что понятие энтропии не относится к конкретной конфигурации макроскопического вещества, а скорее применяется как ограничение числа возможных конфигураций, которые макроскопическая система может иметь при равновесии.

Энтропия имеет глубокую связь с диссипацией через один из важнейших законов термодинамики — тепловые потоки никогда не могут быть полностью преобразованы в работу. Диссипативные взаимодействия гарантируют, что физические системы всегда теряют некоторую энергию в виде тепла в любом естественном термодинамическом процессе, где существует трение и другие подобные процессы. Примеры из жизни таких термодинамических потерь — выбросы от автомобильных двигателей, электрические токи, сталкивающиеся с сопротивлением, и взаимодействующие слои любой текучей среды, испытывающие вязкость. В термодинамике эти явления часто считаются необратимыми. Непрерывное производство тепловой энергии из необратимых явлений постепенно истощает запас механической энергии, которую могут эксплуатировать физические системы. Согласно определению энтропии, истощение полезной механической энергии обычно подразумевает увеличение энтропии. Формально заявлено, что самым важным последствием любого необратимого процесса является увеличение комбинированной энтропии физической системы и ее окружения. Для изолированной системы энтропия продолжает расти до тех пор, пока она не достигнет некоторого максимального значения, и в этот момент система оседает в равновесии. Чтобы прояснить эту последнюю концепцию, представьте красный газ и синий газ, разделенные перегородкой внутри запечатанного контейнера. Удаление перегородки позволяет двум газам смешиваться. Результатом будет газ, который выглядит фиолетовым, и что равновесная конфигурация будет представлять состояние максимальной энтропии. Мы также можем связать диссипацию с понятием энтропии в статистической физике. Распространение тепловой энергии через физические системы изменяет движение их молекул во что-то более случайное и диспергированное, увеличивая количество микросостояний, которые могут представлять макроскопические свойства системы. В широком смысле энтропия может рассматриваться как тенденция природы переконфигурировать энергетические состояния в распределения, которые рассеивают механическую энергию.

Традиционное описание энтропии, приведенное выше, применяется в режиме равновесной термодинамики. Но в реальном мире физические системы редко существуют при фиксированных температурах, в идеальных состояниях равновесия или в полной изоляции от остальной вселенной. В области неравновесной термодинамики изучаются свойства термодинамических систем, которые достаточно далеки от равновесия, такие как живые организмы или взрывоопасные бомбы. Неравновесные системы являются жизненной основой Вселенной; они делают мир динамичным и непредсказуемым. Современная термодинамика все еще находится в развитии, но она уже используется для успешного изучения широкого спектра явлений, в том числе тепловых потоков, взаимодействующих квантовых газов, диссипативных структур и даже глобального климата. Нет общепринятого значения энтропии в неравновесных условиях, но физики предложили несколько решений. Все они включают время анализа термодинамических взаимодействий, что позволяет нам определить не только, идет ли вверх или вниз энтропия, но также и то, как быстро или медленно физические системы могут меняться на своем пути к равновесию. Поэтому принципы современной термодинамики необходимы, чтобы помочь нам понять поведение реальных систем, включая и саму жизнь.

Центральная физическая цель всех форм жизни заключается в том, чтобы избежать термодинамического равновесия с остальной средой, непрерывно рассеивая энергию. Такое определение предложил физик Эрвин Шредингер в 1940-х годах, когда он использовал неравновесную термодинамику для изучения ключевых особенностей биологии. Мы можем назвать эту жизненно важную цель энтропийным императивом. Все живые организмы потребляют энергию из внешней среды, используют ее для подпитывания жизненно важных биохимических процессов и взаимодействий, а затем рассеивают большую часть потребленной энергии обратно в окружающую среду. Диссипация энергии во внешнюю среду позволяет организмам сохранять порядок и стабильность своих биохимических систем. Существенные функции жизни критически зависят от этой энтропийной стабильности, включая функции, такие как переваривание, дыхание, деление клеток и синтез белка. То, что делает жизнь уникальной как физическую систему — это огромное разнообразие методов диссипации, которые она разработала, включая производство тепла, выбросы газов и сброс отходов. Широкая способность рассеивать энергию — то, что помогает жизни поддерживать энтропийный императив. Действительно, физик Джереми Ингланд утверждал, что физические системы в тепловой ванне заполненной большим количеством энергии, могут иметь тенденцию рассеивать больше энергии. Эта “диссипативная адаптация” может привести к спонтанному появлению порядка, репликации и самосборке среди микроскопических единиц материи, обеспечивая потенциальный ключ в самой динамике происхождения жизни. Организмы также используют энергию, которую они потребляют, для выполнения механической работы, например, ходьба, бег, скалолазание или ввод текста на клавиатуре. Те организмы, которые имеют доступ ко многим источникам энергии, могут делать больше работы и рассеивать больше энергии, удовлетворяя центральным условиям жизни

Термодинамическая взаимосвязь между энергией, энтропией и диссипацией также налагают мощные ограничения на поведение и эволюцию экономических систем. Экономика — это динамичные и вновь возникающие системы, которые вынуждены функционировать определенным образом в силу их социальных и экологических условий. В этом контексте экономика представляют собой неравновесные системы, способные быстро рассеивать энергию в какой-либо внешней среде. Все динамические системы набирают силу из некоторого энергетического резервуара, достигают пиковой интенсивности, поглощая регулярный запас энергии, а затем расходятся от внутренних и внешних изменений, которые либо нарушают жизненные энергетические потоки, либо не позволяют продолжать рассеивать больше энергии. Они могут даже испытывать длительные колебания, вырастая в течение некоторого времени, затем сжившись, а затем снова вырастая, прежде чем разрушится. Взаимодействия между динамическими системами могут давать хаотичные результаты, но энергетические разложения и сокращения являются основными особенностями всех динамических систем. Энергия, потребляемая всеми экономическими системами, либо превращается в механическую работу, либо физические продукты, полученные из этой работы, или просто теряется и рассеивается в окружающую среду. Мы можем определить коллективную эффективность экономической системы как долю всей потребляемой энергии, которая идет на создание механических работ и электрической энергии. Экономики, которые увеличивают количество механической работы, которую они производят, могут производить больше товаров и услуг. Но как бы это ни было важно, механическая работа представляет собой относительно небольшую долю общего использования энергии в любой экономике. Подавляющая часть энергии, потребляемой экономикой, регулярно уходит в окружающую среду за счет отходов, диссипации и других видов потерь энергии.

Перевод Александра Романова
Оригинал

Продолжение следует…

http://newsland.com/user/4297817092/content/fizika-kapitalizma-chast-1/6379614

Вам также может понравиться...

К сожалению-Комментарии закрыты

Прогноз погоды

Погода в Москве
22°
слегка облачно
влажность: 43%
ветер: 3Миз В
Ш 22 • Д 21
21°
Сб
24°
Вс
20°
Пн
19°
Вт

Video NEWS