Сейчас. Физика времени - [36]
Вот практический пример. Предположим, вы хотите опреснить морскую воду. Она представляет собой смесь воды и соли: в ней присутствует энтропия смешения. Опресняя, вы лишаете ее энтропии смешения. Второй закон (или начало) термодинамики гласит, что вы можете сделать это, только увеличив энтропию где-то еще. Например, используя тепловой поток для толкания поршня; тот оказывает на морскую воду давление, проталкивая ее через специальную мембрану, а она, в свою очередь, делит эту воду на два компонента. Расчеты позволяют определить минимальное количество энергии, которая должна быть затрачена на процесс опреснения: примерно 1 кВт/ч на 1 м³ морской воды.
Эта величина имеет практическую ценность. Однажды мне пришлось оценивать коммерческое предложение по новому методу опреснения морской воды. Первым делом я проверил, не противоречат ли излишне смелые заявления разработчиков второму закону (началу) термодинамики. Оказалось, что противоречат, поэтому я порекомендовал инвестору воздержаться от капиталовложений в проект. Изобретатель нового метода нарушил второй закон.
Расчеты энтропии могут сказать не только о том, какие заявления изобретателей окажутся фальшивкой. Они способны помочь определить достижимые цели. Если мы говорим, что стоимость электроэнергии составляет 10 центов за 1 кВт/ч, значит расходы на опреснение 1 м³ морской воды тоже составят 10 центов. Это соответствует затратам $100 на объем 1 акр-фут[103] (примерно столько воды расходует за год семья из пяти человек). В настоящее время вода с опреснительных заводов даже близко не так дешева. Компании предлагают пресную воду по $2000 за такой объем. Обычная цена артезианской воды в Калифорнии составляет от $6 до $40 за 1 акр-фут, что делает ее опреснение невыгодным. Однако во время засухи 2015 года некоторые фермеры покупали ее и по $2000. Подобная цена делала опреснение воды конкурентоспособным. (Разумеется, инвестиции в опреснительные установки по-прежнему рискованные, поскольку цена воды после окончания засухи падает.)
Один из путей снижения затрат на опреснение морской воды – использование энергии, которая обходится дешевле электрической. Например, для создания необходимого тепла могут использоваться солнечные батареи. Такие установки уже существуют на Ближнем Востоке. Парадоксально, но тот же солнечный свет может использоваться и для охлаждения. Угадайте, кто имеет соответствующий патент? Вот поразительный ответ: официальный патент США за № 1781541 на холодильник, работающий на солнечной энергии, принадлежит Альберту Эйнштейну и физику Лео Сциларду (который запатентовал атомную бомбу). Вы можете прочесть об этом в интернете. Это малоизвестный и удивительный факт, с помощью которого удастся выиграть пари.
Расчеты изменений энтропии важны для устранения углекислого газа из атмосферы, чтобы справиться с глобальным потеплением. Если выбрасывать углекислый газ в воздух, четверть его даже через 1000 лет останется там. В принципе, его можно было удалить, но он растворяется в гигантском объеме атмосферы; значит, и энтропия смешения тоже гигантская. Чтобы убрать углекислый газ из атмосферы, необходимо создать энтропию еще где-то (обычно она создается в форме тепла), однако на это нужны огромные расходы энергии. Значительно дешевле оказывается улавливать углекислый газ до того, как он смешивается с атмосферой. Или просто оставлять углерод в его природном виде в земле.
Однако на этом остановимся с описанием практической пользы от расчетов энтропии. С поведением времени энтропию связывает как раз абстрактное и мистическое ее понимание.
Глава 10
Эта таинственная энтропия
Более глубокое значение энтропии – одно из замечательнейших достижений в истории физики…
Настоящее великолепие науки в следующем: мы можем найти способ мыслить так, чтобы делать законы очевидными.
Ричард Фейнман
Самые замечательные стороны энтропии оставались глубоко сокрытыми за фасадом ее использования в технике. Простые понятия теплового потока и температуры уходили корнями в дебри квантового мира. Они медленно приоткрывались ученым по мере того, как в XIX веке создавалась и развивалась новая физическая дисциплина – статистическая физика, базировавшаяся на не подтвержденной тогда идее существования атомов и молекул. Загадки и парадоксы статистической физики привели ученых к открытию физики квантовой, а Эддингтона – к мысли о том, что время течет благодаря увеличению энтропии.
Физика бесконечных множеств
Физика может очень хорошо предсказывать поведение одного или двух атомов. Она может уверенно делать это также в отношении одной или двух планет. Труднее, когда взаимодействуют несколько объектов. Оказывается, очень сложно предсказать, будет ли стабильной система из трех планет. Уравнения нам известны, но математика не могла «решить» их, то есть записать решение в общепринятых научных функциях вроде экспоненты и косинусов, чтобы получить соответствующие значения – решить задачу аналитически, а не численно. Мы можем симулировать движение десятка планет на компьютере, что обычно и делается. К счастью, поведение трехзвездной системы хаотично, и точные данные об изначальном положении звезд и их скорости нужны только для того, чтобы сделать приблизительные оценки на будущее. Как итог – в астрономии часто неясно, стабильна та или иная звездная система или в какой-то момент одна из звезд улетит в бесконечность.
Миром правят числа. Все чаще и чаще решения принимают не люди, а математические модели. В числах измеряется все – от наших успехов в образовании и работе и состояния нашего здоровья до состояния экономики и достижений политики. Но числа не так объективны, как может показаться. Кроме того, мы охотнее верим числам, подтверждающим наше мнение, и легко отбрасываем те результаты, которые идут вразрез с нашими убеждениями… Анализируя примеры обращения с численными данными в сферах здравоохранения, политики, социологии, в научных исследованиях, в коммерции и в других областях и проливая свет на ряд распространенных заблуждений, нидерландский журналист, специалист по числовой грамотности Санне Блау призывает мыслить критически и советует нам быть осмотрительнее, о чем бы ни шла речь – о повседневных цифрах, управляющих нашим благополучием, или о статистике, позволяющей тем, кто ее применяет, достичь огромной власти и влияния. «Числа влияют на то, что мы пьем, что едим, где работаем, сколько зарабатываем, где живем, с кем вступаем в брак, за кого голосуем, как решаем вопрос, брать ли ипотеку, как оплачиваем страховку.
В эпоху тотальной цифровизации сложно представить свою жизнь без интернета и умных устройств. Но даже люди, осторожно ведущие себя в реальном мире, часто недостаточно внимательно относятся к своей цифровой безопасности. Между тем с последствиями такой беспечности можно столкнуться в любой момент: злоумышленник может перехватить управление автомобилем, а телевизор – записывать разговоры зрителей, с помощью игрушек преступники могут похищать детей, а к видеокамерам можно подключиться и шпионить за владельцами.
Виктор Пронин пишет о героях, которые решают острые нравственные проблемы. В конфликтных ситуациях им приходится делать выбор между добром и злом, отстаивать свои убеждения или изменять им — тогда человек неизбежно теряет многое.
О чем это? • о ключевых словах современной науки; • о самых страшных экспериментах; • о сущности цивилизации. «Любому человеку нужен просто разговор – о важном, научном. Это задача научных журналистов. И один из самых ярких, самых ясных, самых ответственных – Григорий Тарасевич». Александр Архангельский, телеведущий, писатель, профессор Высшей школы экономики «…Книга вызывает множество противоречивых чувств: с рядом моментов хочется спорить, от большинства историй смеялась в голос, а от некоторых глав становилось безумно грустно».
История машинного обучения, от теоретических исследований 50-х годов до наших дней, в изложении ведущего мирового специалиста по изучению нейросетей и искусственного интеллекта Терренса Сейновски. Автор рассказывает обо всех ключевых исследованиях и событиях, повлиявших на развитие этой технологии, начиная с первых конгрессов, посвященных искусственному разуму, и заканчивая глубоким обучением и возможностями, которые оно предоставляет разработчикам ИИ. В формате PDF A4 сохранен издательский макет.
Что значат для демократии добровольные общественные объединения? Этот вопрос стал предметом оживленных дискуссий после краха государственного социализма и постепенного отказа от западной модели государства всеобщего благосостояния, – дискуссий, сфокусированных вокруг понятия «гражданское общество». Ответ может дать обращение к прошлому, а именно – к «золотому веку» общественных объединений между Просвещением и Первой мировой войной. Политические теоретики от Алексиса де Токвиля до Макса Вебера, равно как и не столь известные практики от Бостона до Санкт-Петербурга, полагали, что общество без добровольных объединений неминуемо скатится к деспотизму.