Понятие энтропии - одно из основных понятий термодинамики, без использования которого невозможно термодинамическое рассмотрение ни равновесных, ни неравновесных процессов (Зарафянц, 1935; Шамбадаль, 1967;
Гельфер, 1969, 1973). Сложность проблемы, если речь идет об использовании этого понятия в биологии, состоит в том, что, во-первых, оно определено только для равновесных систем, во-вторых - имеет совершенно разный смысл и выражение в феноменологической термодинамике, в статистической физике, в теории информации и в теории вероятности. В данной книге мы будем иметь дело только с физическим, феноменологическим определением энтропии, как экстенсивного термодинамического параметра, входящего в выражение для изменения тепла: dQ = TdS (где Q - теплота, Т - абсолютная температура и S - энтропия).
Мы не будем приводить выкладки, с помощью которых получено это выражение, их можно найти в любом учебнике по классической термодинамике. Необходимо только отметить, что при равновесных изменениях системы энтропия ничем не отличается в своем поведении от других экстенсивных параметров, таких как объем, число молей и т.д. Ее отличие от многих других параметров состоит в том, что энтропия не имеет наглядного образа, как объем, масса или электрический заряд, и поэтому воспринимается начинающими с недоверием (Зарафянц, 1935). Это недоверие еще больше возрастает, когда в процессе изучения термодинамики выясняется, что понятие энтропии имеет и другое существенное отличие: при протекании неравновесных процессов энтропия изолированной системы возрастает (Зарафянц, 1935; Шамбадаль, 1967; Гельфер, 1969).
Это увеличение энтропии имеет простой физический смысл. Согласно второму началу термодинамики любой неравновесный процесс сопровождается образованием теплоты, которая не может быть полностью превращена в работу. Другими словами, любой реальный процесс сопровождается диссипацией энергии, трением в обобщенном понимании этого термина (Путилов, 1971). Если мы рассматриваем открытые системы, т.е. системы, обменивающиеся с окружающей средой веществом и энергией (Пригожин, 1960), то здесь утверждение о возрастании энтропии может быть и несправедливым, хотя образование теплоты диссипации при протекании реальных процессов в таких системах происходит, как
правило, с большой интенсивностью. Дело в том, что теплота диссипации может покидать пределы открытой системы и энтропия системы может не возрастать, а в некоторых случаях даже убывать.
Из сказанного очевидно, что понятие термодинамической энтропии вполне применимо в отношении биологических объектов, так как она входит в выражение для изменения тепла, а тепловые процессы играют существенную роль в жизненных процессах. В то же время, для биологической системы, как разновидности открытых систем, термодинамические параметры и функции не играют той роли, которую они имеют для изолированных и закрытых систем, близких к равновесию, а изменение энтропии не характеризует направление эволюции живых систем. В этом случае правильней использовать соотношения и неравенства термодинамики неравновесных процессов, описанных в главе 1.