Жизнь как термодинамический процесс

Изучая движение множества предметов, физических и химических превращений, колебания температур, взаимодействие живых и неживых систем и измеряя энергию, переходящую из одного вида в другой, ученые обнаружили, что энергия не возникает и не исчезает ни при каких физических процессах, а только превращается из одной формы в другую. В результате был сформулирован закон сохранения энергии, известный как первый закон термодинамики - энергия, полученная или затраченная какой-либо системой живой или неживой природой, любым материальным объектом должна быть равна той энергии, которую получила от системы или отдала ей окружающая среда. Этот закон подразумевает, что в результате превращений энергии никогда нельзя получить ее больше, чем затрачено. Согласно этому закону, энергия никогда не истощиться так она не может ни возникнуть, ни исчезнуть.

Наполнив бак автомобиля бензином, мы ездим пока он не кончится. Или будем светить фонарем, пока не разрядится батарейка. Вопрос: куда же исчезает энергия? На самом деле не исчезает энергия, а меняется ее качество. В процессе любого превращения энергии она переходит из одного вида в другой и при этом происходит снижение качества первично полученной энергии или уменьшается количество полезной энергии.

Превращение энергии из одного вида в другой, некоторое количество первично полученной полезной энергии переходит в менее качественную, менее полезную, которая обычно рассеивается в окружающее пространство в виде низкотемпературного тепла. Рассеянная энергия обладает высокой энтропией, т.е. рассеяна настолько, что неспособна выполнять какая-либо полезную работу. При использовании качественной энергии какое-то ее количество всегда безвозвратно теряется, повышая энтропию окружающей среды. Второй закон термодинамики еще называют законом энтропии.

Зеленые растения преобразует высоко качественную солнечную энергию в высоко качественную, которая содержится в молекулах глюкозы и еще в низкокачественное тепло, которое поступает в окружающую среду. Когда мы едим растительную пищу, мы энергию, заключенную в пище, в нашем организме преобразуем в энергию движения и энергию жизненных процессов, а часть энергии рассеивается в виде тепла в окружающее пространство. Второй закон термодинамики подразумевает также, что мы практически никогда не можем восстановить или повторно использовать эту рассеянную энергию. Дорогая для нас энергия - это энергия Солнца. Доходя до Земли, она распределяется следующим образом:

33% - отражается пылью и облаками (альбедо Земли);

67% - поглощается сушей, морями и океанами

Из этих 67% расходуется только 1% на фотосинтез. Но этой энергии Солнца достаточно, чтобы на Земле существовала жизнь. Для того чтобы в нашем организме поддерживался высокий уровень работоспособности и определенный порядок химических превращений мы должны постоянно поглощать и потреблять извне вещество и энергию высокого качества, а использовав - мы возвращаем в окружающую среду низкокачественное тепло и отходы. Приготовление и переработка пищи требует использования высококачественной энергии. При этом всегда образуется отходы вида низкотемпературного тепла. Дополнительно в окружающую среду низкокачественное тепло попадает при сжигании всех видов топлива, при добыче и переработке полезных ископаемых, при движении транспортных средств, при строительстве - т.е. при производстве всего, что необходимо человеку.

Вывод: современное промышленно-развитое сообщество постоянно повышает энтропию окружающей среды и в больших масштабах, чем на любом предыдущем этапе развития человечества. Это так называемый "энтропийный капкан".

Второй закон термодинамики гласит, что "избежать увеличения энтропии окружающей среды невозможно", но можно попытаться сократить или свести к минимуму, то количество энергии, которое производит сообщество. Если этого не сделать, то может произойти экологическая катастрофа, поэтому на настоящем этапе развития человечества стоит вопрос о повышении эффективности источников преобразования энергии. И первый, и второй законы термодинамики помогают понять, как оценивая получаемую из различных источников энергию можно сократить ее потери путем повышения эффективности преобразования. Если рассмотреть бытовое и промышленное потребление энергии человечества, то полезная энергия составляет всего, лишь 16%. Неизбежные потери составляют 41%, а необязательные потери - 43%. Потери энергии 43% можно избежать. Для этого мы должны использовать более эффективные преобразователи энергии.