8 Глава 1 энтропии) увеличивает порядок. Образование структур при отво- де тепла является общим свойством материи. Хорошо известным примером повышения упорядоченности является переход тел в кристаллическое состояние при охлаждении. На Земле реализует- ся другой способ экспорта энтропии — тепло отводится Землей при более низкой температуре, чем подводится к ней. Энтропия системы может уменьшаться, если экспорт энтропии в единицу времени из системы а$. превышает производство энтропии внут- ри системы а5; : а5 < 0, если |а5.| > а5, > 0. Согласно третьему закону термодинамики при стремлении температуры системы к абсолютному нулю ее энтропия также стремиться к нулю. Основные законы классической термодинамики являются обобщением эмпирически установленных связей, статистическая физика служит теоретическим основанием классической термо- динамики. Она устанавливает физическую природу термодина- мических параметров, которые являются средними значениями микроскопических параметров системы. Согласно статистической физике энтропия $ пропорциональна логарифму термодинамической вероятности / (термодинамиче- ская вероятность И/ — это число различных микросостояний, ко- торыми может быть реализовано данное макросостояние): $ = Ип й, где & — постоянная Больцмана. Как уже говорилось, основные законы классической термоди- намики касаются изолированных систем. Большинство природ- ных систем, в частности, в биосфере и вся биосфера, не являются изолированными — они являются открытыми системами. Непра- вомерное применение законов классической термодинамики к открытым или неограниченным системам приводит к неверным выводам. Классическая термодинамика не позволяет определить направление эволюции природных систем. Согласно второму началу термодинамики эволюция должна состоять в переходе к однородности и равновесию, к хаосу, при котором во всех частях системы будет одинаковая температура. Термодинамический вывод о направленности эволюции не согла- ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЮ ОЗЕР 9 суется с реальной биологической эволюцией на Земле, где разви- тие идет от простого к сложному. Классическая термодинамика не может объяснить причину структурирования, наблюдаемого в живой и неживой природе. Термодинамика имеет ограничения на масштабы рассматри- ваемых явлений как снизу, так и сверху. Законы классической термодинамики неприменимы к микросистемам, размеры кото- рых сравнимы с размерами молекул. С другой стороны, верхняя применимость законов термодинамики определяется галактиче- скими размерами, при которых определяющую роль играют гра- витационные силы. Неправомерное использование второго начала термодинамики для рассмотрения процессов во Вселенной привело к созданию теории «тепловой смерти» Вселенной. Согласно этой теории Вселенная рано или поздно придет в состояние термодинамиче- ского равновесия, при котором все процессы прекратятся и мир погрузится в состояние «тепловой смерти». Клаузиус писал: «Энер- гия мира остается постоянной, энтропия мира стремится к макси- муму». С точки зрения современной физики Вселенная представляет собой расширяющую систему, то есть нестационарную систему, поэтому законы термодинамики не могут быть к ней применены, Классическая термодинамика изучает равновесные или квази- равновесные процессы, то есть процессы, протекающие беско- нечно медленно. Таким образом, классическая термодинамика является по сути термостатикой и она не может решать вопросы, связанные с определением скорости или времени протекания термодинамических процессов, Перейдем к краткому рассмотрению основных положений не- линейной неравновесной термодинамики. В ней уже рассматри- ваются системы, находящиеся в состоянии, далеком от термоди- намического равновесия. Термодинамические параметры, такие как давление и температура, уже не являются характеристиками всей системы, а могут меняться в различных частях системы и во времени: р = р(х, у, &, ), Т = Т (х, у, &, ). Состояние системы называется стационарным, если термоди- намические параметры не зависят от времени. В стационарном