• Nie Znaleziono Wyników

S M O P R Z Y R O D N I C Z E O R G A N P O L S K IE G O T O W A R Z Y S T W A P R Z Y R O D N IK Ó W IM . K O P E R N IK A

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "S M O P R Z Y R O D N I C Z E O R G A N P O L S K IE G O T O W A R Z Y S T W A P R Z Y R O D N IK Ó W IM . K O P E R N IK A"

Copied!
36
0
0

Pełen tekst

(1)

S M O P R Z Y R O D N I C Z E

O R G A N P O L S K I E G O T O W A R Z Y S T W A P R Z Y R O D N I K Ó W IM . K O P E R N I K A

MAJ 1966 ZESZYT 5

P A Ń S T W O W E W Y D A W N I C T W O N A U K O W E

(2)

T R E S C Z E S Z Y T U 5 (1976)

G ó r s k i F ., 100 l a t e n t r o p i i ... 109

G r o m y s z - K a ł k o w s k a K ., R e a k c je g ą s ie n ic k o s z ó w e k P s y c h e m c ie lla S c h iff. w o b r o n ie d o m k ó w ... 115

C h m i e l e w s k a I., H o r m o n a ln a r e g u l a c ja b io s y n te z y b i a ł k a ... 118

B i r k e n m a j e r K ., G ó r a K o p e r n ik a n a S p i t s b e r g e n i e ... 122

S t e c k i K ., B o h a te r c z y tc h ó r z ? (Z ż y c ia s k o r u p ia k ó w i o w a d ó w ) . . . . 124

D ro b ia z g i p r z y r o d n ic z e J a w o r — A c e r p s e u d o p la ta n u s L . o w y ją tk o w o n ie z w y k ły m p o k r o ju (C. P a c y n i a k ) ... 127

J a s k in i a K r y s z ta ło w a (W . B a r s k i ) ...127

R o ś lin n e c z y n n ik i a n ty k o n c e p c y jn e (W. J . P a j o r ) ... 129

E n e r g ia g e o te r m a l n a (E. S c h n a j d e r ) ... 130

R o z m a ito ś c i ... 130

R e c e n z je M ik o ła j K o p e r n ik . S z k ic e m o n o g r a fic z n e . P r a c a z b io r o w a p o d r e d . d r J . H u r w i c a (S. R . B r z o s t k i e w i c z ) ... 132

M . S a d o w s k i : Ś w ia t w y s o k ic h t e m p e r a t u r ( m . ) ... 133

O . W o ł c z e k : I z n ó w b liż e j g w ia z d ( m . ) ... 133

A . T u s z k o : S p r a g n i o n a z ie m ia ( m . ) ...133

S p r a w o z d a n ia W y s ta w a w e W r o c ła w s k im M u z e u m Z o o lo g ic z n y m ( M . ) ...133

S p r a w o z d a n ie z K o n g r e s u M ię d z y n a ro d o w e g o T o w a r z y s tw a L im n o lo g ic z ­ n e g o (J. S i e m i ń s k a ) ... 135

S p r a w o z d a n ie O d d z ia łu Ł ó d z k ie g o P T P im . K o p e r n ik a z a I I p ó łro c z e 1965 r ... 135 S p r a w o z d a n ie O d d z ia łu P o z n a ń s k ie g o P T P im . K o p e r n ik a za r o k 1965 136

S p i s p l a n s z

I. M Ł O D A S O W A U S Z A T A — A s io o tu s . — F o t. B . S ie m a s z k o I l a . K A R K O N O S K I P A R K N A R O D O W Y . R ó w n ia p o d Ś n ie ż k ą w K a r ­

k o n o s z a c h — s t r e f a k o s o d r z e w in y (1400 m ). — F o t. A . B o rk o w s k i I l b . F R A G M E N T R E Z E R W A T U g e o lo g ic z n o -f lo ry s ty c z n e g o n a O s­

tr z y c y k o ło P ro b o s z c z o w a , p o w . Z ło to r y ja . W id o c z n e są g o ło b o rz a b a z a lto w e . — F o t. A . B o r k o w s k i

I I I . P R Z E Ł O M W A R T Y w M iro w ie k . C z ę s to c h o w y . O s ta n ie c w a ­ p ie n n y „ B o lk o w a s k a ł a ” . — F o t. J . H e r e ź n ia k

IV . D Z IU P L E . — F o t. J . K o p to n

O k ł a d k a : R Z E K O T K A D R Z E W N A — H y la a r b o r e a (L.). — F ot. J. H ere źn ia k

(3)

P I S M O P R Z Y R O D N I C Z E

O R G A N P O L S K I E G O T O W A R Z Y S T W A P R Z Y R O D N I K Ó W IM. KOPERNIKA

MAJ 1966 ZESZYT 5 (1976)

F R A N C IS Z E K G Ó R S K I (K rak ó w )

100 L A T E N T R O P II

Sto la t tem u, w 1865 r., po raz pierw szy w d ru k u ukazał się te rm in entrop ia. P u b lik a­

cja, w k tó re j się to dokonało, b y ła jed n ą z roz­

p ra w z zak resu term o d y n am ik i, ogłoszonych w ty m czasie przez niem ieckiego fizyka R u­

dolfa C l a u s i u s a (1822— 1888), w te d y p ro ­ fesora p o litech n ik i w Z urichu. T erm in te n w y ­ w odzi się z d w u g reckich słów: en, czyli w, oraz trope, czyli obrót, a w szerszym znaczeniu zm iana. E n tro p ia m ia ła zatem oznaczać pew ną przem ianę to w arzyszącą procesom fizycznym lub chem icznym .

Od 1865 r. pojęcie e n tro p ii zrobiło — jeśli się m ożna ta k w yrazić — w ielk ą k a rie rę w y ­ kraczając daleko poza granice term odynam iki.

Z tego pow odu w skazan e je st rozpatrzeć, ja ­ kie b y ły dalsze 100-letnie koleje tego pojęcia.

G łów nym p rzed m io tem b ad ań fizyki i che­

m ii są zachodzące w naszym otoczeniu procesy, podczas k tó ry c h m a te ria i en ergia ulegają pew - nym przem ianom . P rzew ażn ie są to procesy sa­

m orzutne, albo spontaniczne, czyli takie, które przeb iegają sam e z siebie, o ile tylk o zostały stw orzone odpow iednie w aru n k i. P rzy k ładam i procesów sp on tanicznych są: płynięcie w ody od poziom u w yższego do niższego, stygnięcie ciała cieplejszego od otoczenia (np. pieca), rozpu­

szczenie się k a w ałk a cu k ru w w odzie, zacho­

dzenie w ielu rea k c ji chem icznych, np. zobojęt­

nienie kw asu ługiem .

N atom iast zjaw isk a odw rotne do opisyw a­

n y c h nie zachodzą nigd y spontanicznie; na

przykład nie stw ierdzam y, żeby pokój się ozię­

bił, a piec się rozgrzał kosztem ciepła pobra­

nego z otoczenia. Nie zdarza się, żeby sól w roztw orze w odnym sam a z siebie rozłożyła się n a kw as i ług w te n sposób, żeby w je d ­ nej części ro ztw o ru nagrom adził się kwas, a w drugiej ług. Fakt, że zjaw iska, k tó re za­

chodzą sam e z siebie w pew nym kieru nk u, nigdy nie zachodzą sam o rzu tnie w k ieru n k u odw rotnym , nie w yklucza m ożliw ości przep ro ­ w adzenia procesów w k ieru n k u odw rotnym do spontanicznego. J e s t to operacja w ykonalna, ale tylk o pod w a ru n k iem zastosow ania odpow ied­

n ich urządzeń i n ak ład u energii. T ak np. m ożna w odę przeprow adzić ze zbiornika niżej położo­

nego do zbiornika na ppziom ie w yższym , ale pod w a ru n k ie m zastosow ania pom py, m otoru poruszającego tę pom pę i źródła energii dla utrzy m ania m o to ru w ru chu , oraz zastosow ania system u r u r m iędzy obom a zbiornikam i. Przez odparow anie w ody m ożna doprow adzić do w y ­ k ry stalizow ania sub stancji rozpuszczonej w roz­

tw orze, a za pom ocą p rą d u elektrycznego w aparacie dla elek tro lizy m ożna dokonać roz­

k ład u soli n a kw as i m etal. Są to jed n a k zabiegi w ym agające specjaln y ch urządzeń, a przede w szystkim n ak ła d u energii.

N atom iast procesy spontaniczne są procesam i, któ re m ożna w ykorzystać d la o trzy m an ia e n e r­

gii w form ie dla nas szczególnie użytecznej. N a tej w łasności opiera się n a w e t ścisła definicja term o dy nam iczna procesu sam orzutnego. Na

16

(4)

110

p rzy k ła d płynięcie w od y ze z b io rn ik a w yżej po ­ łożonego do niższego m ożna w y k o rz y sta ć dla uru ch o m ien ia tu rb in y , k tó ra n a m dostarczy en erg ii m echanicznej. S a m o rzu tn ą rea k c ję ch e­

m iczną m ożna w y k orzystać d la b u d o w y ogni­

wa, dostarczającego p rą d u elektrycznego.

W dalszym ciągu będziem y się posługiw ać term in e m uk ład (albo system ) d la w y ró żn ien ia pew nej części otaczającej nas rzeczyw istości.

Na przy k ład u k ładem je s t ogniw o elek try czne, albo pokój, w k tó ry m zachodzi stygnięcie ro z­

grzanego pieca. W szystko co się z n a jd u je poza układem , nosi nazw ę otoczenia. Często celow e okazuje się rozszerzenie u k ład u przez w łączenie do niego bliższego otoczenia, czyli tego, w k tó ­ ry m zachodzą zm iany p rzyczynow e skojarzone ze zm ianam i o dbyw ającym i się w układzie, np.

zm iany te m p e ra tu ry w otoczeniu. W tedy roz­

szerzony u k ład przechodzi w u k ła d z am k n ięty i izolow any, k tó ry n ie w y m ien ia an i m ate rii, ani en erg ii z dalszym otoczeniem .

O znaczm y przez A i B dw a ró żn e sta n y p e w ­ nego u k ład u . N a p rzy k ład stan em A będzie ro z ­ tw ó r w o d n y cukru, a stan em B w o d a z dopiero co w rzu co ny m kaw ałk iem cu k ru . A lbo: s ta n A — gorący piec, chłodny pokój; s ta n B — le t­

ni piec i o grzany pokój. P ro blem , k tó ry długo in te reso w ał fizyków da się streścić ja k n a s tę ­ p u je : znan e n a m są bliżej sta n y A i B u k ład u , czy m ożna n a te j po dstaw ie znaleźć pew ne k r y ­ teriu m , k tó re pozw oli ro zstrzygnąć, w k tó ry m k ie ru n k u będzie zachodzić proces spon tan iczny , czy w k ie ru n k u A— B, czy w k ie ru n k u o d w ro t­

n y m B— A? W pierw szy m z przytoczo ny ch p rzy k ład ó w chodzi o ro zstrzyg n ięcie czy proces sa m o rz u tn y będzie polegał n a ro zp u szczen iu się c u k ru w w odzie (proces B—A), czy n a w y tr ą ­ ceniu się rozpuszczonego c u k ru w fo rm ie k r y ­ stalicznej (proces A— B). W d ru g im p rz y k ła ­ dzie chodzi o u d zielenie odpow iedzi n a p y ta n ie czy piec ostygnie, a pokój się ogrzeje, czy od­

w ro tn ie , pokój ostygnie a piec ogrzeje się ko ­ sztem ciepła p o b ranego z najbliższego otocze­

nia, czyli pokoju.

Otóż u d zielen ie odpow iedzi n a in te re su ją c y nas problem , czyli znalezienie k ry te rió w roz­

strz y g a ją c y ch o k ie ru n k u , w k tó ry m zachodzić będzie proces sam orzutn y , n ie n a tra fia na w iększe tru dn ości, o ile ograniczyć się do z ja ­ w isk tego sam ego, dość w ąsk ieg o ty p u . I ta k w a ru n k ie m przecho d zen ia ciepła z ciała A do ciała B je s t to, żeby ciało A m iało w yższą te m p e ra tu rę niż ciało B. P o d ob n ie w a ru n k ie m e k sp an sji gazu je s t różnica ciśn ień d o d a tn ia m iędzy gazem w sta n ie A i w sta n ie B, po ek sp an sji zaw sze będzie Vb > V A- (V — ob­

jętość gazu). W a ru n k iem d y fu zji (rozpuszczanie się je st procesem d y fu zy jn y m ) są różnice w stężen iach d an ej su b sta n c ji w je j otoczeniu.

M ożna by zatem uw ażać, że p ro b lem je s t w zasadzie załatw iony. Z ależnie od n a tu ry p ro ­ cesu sto sujem y tak ie czy in n e k ry te riu m i do­

w ia d u je m y się, w k tó ry m k ie ru n k u pójdzie proces sam o rzu tn y . T ym czasem fizy k a nie za­

dow ala się tego ro d za ju ro zw iązaniem . W sw y m dążen iu do w y k ry w a n ia coraz ogólniejszych praw , rządzących otaczającym i n as zjaw isk am i

zm ierza ona do tego, żeby znaleźć ty lk o jedno, ale zato b ardzo ogólne k ry te riu m , k tó re by za­

stąp iło liczne, ale o w ąskim zastosow aniu k ry ­ teria.

F izyka zm ierza zatem do tego, żeby zna­

leźć p ew n ą w ielkość (m atem aty k pow iedziałby funkcję), oznaczaną zazw yczaj sym bolem S, k tó ra w sta n ie A m iałab y w arto ść Sa, a w sta ­ n ie B u k ład u w arto ść Sb. Zależnie od tego czy S B byłoby w iększe od Sa, czy m niejsze, proces p rzeb iegałby sam o rzu tn ie w k ie ru n k u A— B, albo w od w rotnym . Oczywiście w arto ść S b ę­

dzie zależeć od w ielkości określający ch bliżej sta n układ u, a zw anych często p a ra m e tra m i sta ­ n u ; n ależą do n ich te m p e ra tu ra , objętość, skład u k ład u , ciśnienie, pod jak im się on znajduje.

W razie p o trzeb y należy dołączyć jeszcze inne w ielkości, np. n a tu ry elektryczn ej i m agnetycz­

nej. Z akład am y zatem , że n a p o dstaw ie znajo­

m ości p a ra m e tró w u k ład u w stan ie A i B obli­

czam y SA i S B, a ty m sam ym różnicę A S =

= S B — SA.

Ł atw o się dom yśleć, że w ielkość S z koniecz­

ności będzie m ieć w ysoce od erw any ch a ra k te r.

W ynika to z je j uniw ersalności, czyli z m ożli­

wości zastosow ania jej do w szystkich procesów fizycznych i chem icznych. Na przy k ład S nie m oże być te m p e ra tu rą , poniew aż nie znalazłaby zastosow ania do procesów izoterm icznych czyli p rzeb ieg ający ch w stałej tem p e ra tu rz e . Nie m o­

że być ciśnieniem , poniew aż zaw iodłaby jako k ry te riu m w procesach, podczas k tó ry c h ciśnie­

n ie nie uleg a zm ianie. N ie m oże być n a tu ry elek try czn ej lu b m agnetycznej, poniew aż b a r­

dzo liczne procesy (np. reak cje chem iczne) p rze­

b ieg ają bez objaw ów elek try czn y ch lu b m agne­

tycznych.

N a p y tan ie, czy udało się fizyce znaleźć w ie l­

kość o ta k u n iw e rsa ln y m zastosow aniu, odpo­

w ied ź je s t nie ty lk o tw ierdząca, ale w ym aga n a w e t u zupełnien ia, że to pow iodło się n a dw a b ardzo różne sposoby. Czy trz e b a dodaw ać, że w łaśnie w ielkość S o trzym ała nazw ę entropii.

Fizyk, k tó ry p rag n ą łb y n am w y jaśn ić isto tę en tro p ii, zaproponow ałby przepro w adzenie in ­ teresującego nas procesu w stałej tem p e ra tu rz e , o ile oczywiście ję s t to w ykonalne. T em p era­

tu rę trzeb a w y razić w skali bezw zględnej, któ­

rą ja k w iadom o, o trzy m u je się dodając 273 sto­

p n i do te m p e ra tu ry w yrażo nej w skali Celsiu- sza. Stałość te m p e ra tu ry przebiegu procesu łatw o zapew nić, um ieszczając u k ład w obszer­

n y m term o stacie, k tó ry zależnie od n a tu ry p ro­

cesu będzie o d b ierał ciepło w ydzielone przez u k ład lu b je uk łado w i oddaw ał. Na przykład, jeż e li proces polega n a to p n ie n iu lodu, to te r ­ m o sta t dostarcza ciepła niezbędnego dla p rze ­ pro w ad zen ia tego procesu.

N astęp n ie fizyk zażąda od nas przeprow ad ze­

n ia procesu w szczególny sposób zw an y o d w ra­

calnym , a p o n ad to dokładnego u sta le n ia — za pom ocą odpow iedniej a p a ra tu ry — ilości cie­

p ła (w kaloriach), k tó rą uk ład w yd zieli do oto­

czenia lu b z niego pobierze. N ie m ożem y w cho­

dzić tu w dość tru d n e zagadnienie o dw racal- ności procesów fizycznych lu b chem icznych;

ogran iczym y się do zaznaczenia, że p rzep ro w a-

(5)

111 dzenie procesu (sam orzutnego) n a drodze od­

w racaln ej polega n a przeprow ad zen iu go w ta ­ ki sposób, żeby — ew en tu aln ie za pom ocą do­

datkow ych u rządzeń — uzyskać m aksym alną ilość e n e rg ii w form ie użytecznej. N a p rzykład reak cję chem iczną przeprow adzim y w ogni­

w ie w ty m celu, żeby otrzym ać uw olnioną energię w postaci energ ii elektrycznej, a dy- latację gazu sko jarzym y z w y konaniem przez niego pracy m echanicznej (ryc. 1).

R y c. 1. N a le w o o g n iw o D a n ie lla . P — p o r o w a ta p r z e ­ g ro d a o d d z ie la ją c a d w a r o z tw o r y w o d n e : s ia r c z a n u c y n k u n a le w o , s ia r c z a n u m ie d z i n a p ra w o . Z n — e le k tr o d a c y n k o w a , p r ę t ; C u — e le k tr o d a m ie d z io w a , p r ę t. G — g a lw a n o m e tr . W o g n iw ie z a c h o d z i r e a k c ja : Z n + C u S O i = Z n S 0 4 + C u . N a p ra w o d y la t a c ja g a z u z o b ję to ś c i v t do o b ję to ś c i v 2 p o łą c z o n a z w y k o n a n ie m p r a c y m e c h a n ic z n e j, p o d n ie s ie n ie m c ię ż a ru P . Z a le ż n ie od w ie lk o ś c i te g o c ię ż a ru w y k o n a n a p r a c a W b ę d z ie s ię w a h a ć w g r a n ic a c h od z e r a do w a r to ś c i m a k s y ­

m a l n e j W m a x

Nam w y starczy w iedzieć, że ilość ciepła w y ­ m ieniona przez u k ład z otoczeniem , zgodnie z po stu latem odw racalności, w ynosi Q. W te­

dy — ta k nam ośw iadczy fizyk — iloraz Q/T będzie p rzy ro stem e n tro p ii tow arzyszącym p ro ­ cesowi, k tó ry je s t przedm iotem naszych badań.

E n tro pia je s t zatem ilością ciepła w ym ienioną m iędzy u k ładem a otoczeniem w ściśle określony sposób (odw racalny), podzielony przez te m p e ra ­ tu rę , w k tó rej odby w a się proces i w y m ian a cieplna.

O graniczym y się ty lk o do jednego p rzy kładu dla zilu strow ania ja k oblicza się zm ianę e n tro ­ pii tow arzyszącą procesow i fizycznem u. N iech w zlew ce z n a jd u je się 1 m ol lodu. Dla jego sto­

pienia w te m p e ra tu rz e 0°C, czyli 273°K po­

trzeb a doprow adzić 1437 kalorii; stąd w ynika, że A S = 1437/273 = 5,25 jedn o stek entropii.

P rzepro w ad zenie tej w ody w stan p ary , ró w ­ nież w te m p e ra tu rz e 0°C w ym agałoby d o star­

czenia (co n ajm n iej) około 10760 kalorii; stąd A S = 10760/273 = 39,4 jedn. Dodać trzeba, że jed n o stk ą e n tro p ii je s t k alo ria (mała) n a 1 sto­

pień term iczny , albo, w in n y m system ie m iar 1 J (dżul) n a 1 stopień. D la tej ostatniej jed n o stk i zaproponow ano nazw ę „clausius”, sym bol cl.

T rzeba jed n a k podkreślić, że procesy odw ra­

calne nie są w 100 p ro cen tach w ykonalne, m o­

żem y się jed y n ie do ich realizacji m niej lub w ięcej zbliżyć. Łatw o się o tym przekonać na przykładzie w y m ian y ciepła m iędzy układem a otoczeniem . Jeżeli te n proces m a się dokonać w czasie ograniczonym , nie zanadto długim , tó z konieczności te m p e ra tu ra te rm o sta tu będzie m u siała być nieco w yższa (o + A T ) lub nieco niższa (o — A T ) od te m p e ra tu ry układu, zależ­

nie od k ieru n k u p rzep ływ u ciepła.

R ów nież n ietru d n o zobaczyć, że w p rzem ia­

nach odw racalnych izoterm icznych, w sk utek identyczności te m p e ra tu r u k ład u i otoczenia (ściślej: nieskończenie m ałej, dopuszczalnej do pom inięcia różnicy) zm iana en tro p ii jednego z p a rtn e ró w u k ład u rozszerzonego będzie A S i = + Q /T , a drugiego A S,2 = — Q/T (znaki plus i m inus p rzy Q pochodzą stąd, że ciepło p o b rane przez substan cję (np. układ) liczy się dodatnio, a ciepło oddane u jem nie, a oczywiście co układ tra c i na cieple, to otoczenie zyskuje i n a odw rót). W sum ie zatem globalna zm iana en tro p ii u k ład u rozszerzonego będzie rów na ze­

ru : A S = A S i + A S2 = 0. Ten zawsze w aż­

n y w yn ik fo rm u łu je się często inaczej, tw ie r­

dząc, że w procesach odw racalnych en trop ia u kładu + otoczenie nie ulega zm ianie. Procesy odw racalne procesam i izoentropow ym i, oczywiście w odniesien iu do u k ład u rozsze­

rzonego.

N atom iast dla przem ian rzeczyw istych i sa­

m orzutnych, k tó ry ch w a ru n k ie m zachodzenia je s t istnienie skończonej różnicy te m p e ra tu r ( + A T albo — A T ) m iędzy układ em a otocze­

niem (term ostatem ) łatw o obliczyć, że globalna zm iana en tro p ii (układ + otoczenie) jest zaw ­ sze dodatnia: A S > 0.

W s a m e j rz e c z y , je ż e li c ie p ło p ły n ie od u k ła d u do o to c z e n ia , to s u m a z m ia n e n tr o p ii w y n o si:

+ Q A T T ( T - A T )

. o - Q , + Q

A S = — b --- A T

i je s t w ie lk o ś c ią d o d a tn ią . N a to m ia s t, je ż e li r u c h c ie p ła o d b y w a się w k i e r u n k u o d w ro tn y m (od t e r ­ m o s ta t u do u k ła d u ) , to s u m a a n a lo g ic z n a z m ia n e n tr o p ii w y n o si:

A S = ■ —Q + +Q _ +Q A T

T + A T ' T T ( T + A T ) i je s t r ó w n ie ż w ie lk o ś c ią d o d a tn ią .

U zyskane określenie entropii, choć nab rało ścisłego znaczenia, pozostaje jed n a k n adal po­

jęciem bardzo oderw anym . W szczególności nie uzasadniliśm y należycie dlaczego określa się ją ilorazem Q/T, a n ie ilorazem T/Q, lub ilo­

czynem Q -T, lub w jeszcze in n y sposób. N a te p y tan ia m ożna udzielić p recyzy jn ej odpowiedzi, w ym aga ona jednak, obok dość obszernych w iadom ości z fizyki i m atem aty k i, dłuższych w y jaśn ień i z tego pow odu m usim y ją pom inąć.

J e s t to dopuszczalne z uw agi na to, że inna dro­

ga doprow adzi nas do o kreślenia entropii, o p ar­

tego n a pojęciach nam dobrze znanych i bli­

skich.

P rzebłyskiem genialności u austriackiego fi-' zyka L udw ika B o l t z m a n n a (1844— 1906) było dostrzeżenie pew nej cechy w spólnej w szy­

stkim sam orzutnie przebiegającym procesom fizycznym i chem icznym . M ianow icie B oltz-

16*

(6)

112

m an n zauw ażył, że podczas teg o ro d za ju proce­

su układ i e w e n tu aln ie otoczenie przechodzą ze sta n u bardziej u porządkow anego do sta n u m n iej u porządkow anego (spostrzeżenie to sfo r­

m uło w ał B oltzm ann w nieco in n ej form ie, w rócim y do tego za chwilę). T ym czasem o b ja­

śn im y jego odkrycie n a k ilk u przy k ład ach . P rzedm iotem naszej uw ag i n iech będzie zlew ka z lodem o te m p e ra tu rz e 0°C um ieszczo­

na w term ostacie, którego te m p e ra tu ra je s t u trz y m a n a na poziom ie ledw o co w yższej od 0°C. Lód jest su b sta n c ją kry staliczn ą, to znaczy w w ysokim sto p n iu u p o rządk o w aną i w y ró ż­

n iającą się niezw ykle re g u la rn ą budow ą. W lo­

dzie, a ogólniej w su b stan cjach krystaliczn ych , d ro b in y i atom y za jm u ją ściśle określone po­

zycje, od k tó ry c h m ogą się je d y n ie nieznacznie odchylać n a sk u tek ru c h u term icznego. Ciepło d o p ływ ające z te rm o sta tu do zlew ki pow oduje pow olne to p n ien ie lodu, czyli jego przejście w sta n ciekły, tj. w w odę; je s t to — trz e b a za­

znaczyć — proces sam orzutny . Podczas to p n ie ­ nia, re g u la rn a i u p o rząd kow an a s tr u k tu ra lodu ulega zanikow i; w w odzie d ro b in y zajm u ją dow olne pozycje i m ogą, w sk u te k ru c h u te r ­ m icznego ulec p rzen iesien iu n a w e t n a dalekie odległości. W po ró w n an iu z lodem w od a je st zatem układ em chaotycznym , pozbaw ionym w iększego uporządkow ania. J e d n a k chaos te n je s t jeszcze u m iarko w an y, ja k to w y n ik a z po­

ró w n a n ia z kolei cieczy z jej p arą. Po sto p ien iu lodu, n a sk u te k dalszego do p ły w u ciepła z t e r ­ m o statu, w oda zacznie przechodzić w s ta n p a ry (rów nież proces spontaniczny, zachodzący n a ­ w e t w te m p e ra tu rz e 0°C!). J e s t oczyw iste, że p a ra w od na zn a jd u je się w sta n ie znacznie b a r­

dziej chaotycznym niż p ły n n a w oda. W stan ie cieczy d ro b in y H2O pozostają p rzynajm niej w k o n tak cie ze sobą i w sk u te k teg o z a jm u ją nie dow olną, lecz określoną objętość. N ato m iast w stanie p a ry te sam e d ro b in y są pojedynczo rozproszone w dow olnej objętości. S ta n chaosu je s t zatem znacznie w ięk szy i ty m w iększy, im w iększa je s t objętość, w k tó re j rozproszone są dro b in y gazu lub p ary . O gólniej pow iem y, że podczas sam o rzu tn ej zm ian y sta n u sk u p ien ia zachodzącej na sk u tek d opływ u ciepła w k o lej­

ności: sta n k ry sta lic zn y — ciecz — p ara, to w a­

rzy szy su b stan cji ulegającej ty m przem ian om zw iększenie się chaosu.

In n y m p rzy k ład em je s t sty g nięcie p rzed m io­

tu o te m p e ra tu rz e w yższej od otoczenia, np.

pieca. W ty m w y p a d k u pow iększenie się chao­

su polega n a tym , że pew n a ilość en erg ii ciepl­

nej o w ysokiej te m p e ra tu rz e i zlokalizow anej w m ałej objętości (np. w piecu) ulega rozp ro­

szeniu w znacznie w iększej o bjętości z rów no­

czesnym obniżeniem te m p e ra tu ry . W ty m w y ­ p a d k u nie m ate ria + en ergia, ale jed y n ie e n e rg ia u leg a rozpro szen iu i w te n sposób p rzy ­ czynia się do pow iększenia chaosu.

Z ty ch przy k ładó w i w ie lu inn y ch , które m ożna b y przytoczyć w y n ik a po n ad w ą tp li­

wość, że procesom sp o n tan iczny m tow arzy szy p rzy ro st chaosu w układzie, a często i w n a j­

bliższym otoczeniu. J e s t to b ard zo doniosłe od­

k rycie, ale je s t ono m im o to n iew y starczające,

poniew aż je st n a tu ry jakościow ej. Tym czasem nauk i, zwłaszcza tzw . (niesłusznie) ś.cisłe w y m a­

g a ją ilościow ego u jęcia zjaw isk. W naszym w y ­ p a d k u te n p o stu la t sprow adza się do py tan ia, czy m ożliw e będzie znalezienie „jed nostek chao su”, za pom ocą k tó ry c h będzie m ożna zm ierzyć chaos układu, lub p rzy n ajm n iej p rzy ro st chao­

su podczas przejścia u k ład u ze sta n u A do s ta ­ n u B. O kazuje się, choć to brzm i niew iarogod- nie, że to je s t m ożliw e.

Z aznaczyliśm y już w yżej, że sw e genialne odkrycie dotyczące sam orzutności procesów fi­

zycznych i chem icznych sform ułow ał B oltz­

m an n w form ie nieco in n ej od w yżej p rzy to ­ czonej. M ianow icie stw ierd ził on, że cechą w sp óln ą w szystk im procesom spontanicznym je s t to, że p rzebieg ają one od sta n u m niej praw dopodobnego do sta n u bardziej praw do ­ podobnego. Co należy rozum ieć przez praw do­

podobieństw o sta n u łatw o objaśnić w oparciu o już przytoczone p rzykłady. I ta k je s t bardzo m ało praw dopodobne, żeby np. rozgrzany piec u trz y m a ł sw ą w ysoką te m p e ra tu rę bez zm ian dłuższy czas, przeciw nie, uw ażam y jego sty g ­ nięcie za proces zm ierzający do doprow adzenia u k ład u do stan u n ajb ard ziej praw dopodobnego, tj. do sta n u rów ności te m p e ra tu r pieca i oto­

czenia. W ty m u jęciu stygnięcie je st przecho­

dzeniem u k ład u przez szereg stanów o coraz w iększym praw dopodobieństw ie. S tan końcow y je s t stan em rów now agi term iczn ej o p raw d o ­ podo bieństw ie rów ny m jedności, czyli pew ności.

W te n sam sposób z a p atru je m y się n a ro zp u ­ szczenie się k aw ałk a c u k ru w wodzie, na to p ­ n ien ie lodu i p aro w an ie w ody pod w pływ em dostarczonego ciepła, n a d y lata cję sprężonego gazu, n a przebieg w ielu reak cji chem icznych itd. Są to w szystko procesy, podczas któ ry ch u k ła d przechodzi stopniow o od sta n u n ie p ra w ­ dopodobnego do sta n u końcow ego o m ak sy m al­

n y m p raw dopodobieństw ie, czyli pewności.

N ie tru d n o zobaczyć, że sta n y o w iększym p raw dopodobieństw ie realizacji są rów nocze­

śn ie stan am i o w iększym chaosie. W yrażenia

„ s ta n bard ziej p raw dop o dob n y” i „stan m niej u p o rząd k o w an y ” są dw om a nieco in nym i sposo­

b am i w y ra ż en ia te j sam ej m yśli; je d n a k w yż­

szość pierw szego sform u łow ania nad d ru gim po­

lega n a tym , że pojęcie praw dop od ob ieństw a jest od daw n a ściśle określone, tym czasem chaos je s t — ja k dotychczas — pojęciem dość nieo­

k reślo n y m i p o d atn y m na różne in te rp re ta c je.

D la o b lic z e n ia p ra w d o p o d o b ie ń s tw a s t a n u u k ł a ­ d ó w o p r a c o w a ła f iz y k a s p e c ja ln e m e to d y , k tó r e j e d ­ n a k w y m a g a ją z a s to s o w a n ia b a r d z ie j w y r a f i n o w a ­ n y c h ś r o d k ó w m a te m a ty c z n y c h . Z te g o p o w o d u n a ty lk o je d n y m , m o ż liw ie p r o s ty m p rz y k ła d z ie , o b ja ś ­ n im y w j a k i sp o s ó b fiz y k a o b lic z a p ra w d o p o d o b ie ń ­ s tw o s t a n u u k ła d u w c h w ili w y jś c io w e j i k o ń c o w e j.

N ie c h w o b ję to ś c i z a m k n ię te j V (ryc. 2) z n a jd u j e s ię n d r o b in g a z u . D o V w s u w a m y w m y ś li p o p rz e c z n ą p rz e g r o d ę , k tó r a p o d z ie li V n a d w ie części ( p r z e d z ia ­ ły v i i v 2) i p y ta m y się , ja k i e je s t p r a w d o p o d o b ie ń ­ s tw o Po, ż e w s z y s tk ie d r o b in y z n a jd ą s ię w v j.

O k a z u je się , że w y n o s i ono:

(A)

(7)

P o n ie w a ż v i / V j e s t u ła m k ie m m n ie js z y m od je d ­ n o śc i, a n je s t d u że, po je s t b a rd z o m a łą lic z b ą ; o z n a c z a to , że p ra w d o p o d o b ie ń s tw o , ż e b y d ro b in y g a ­ z u p o z o s ta ły s k u p io n e w Vi, cz y li w części o b ję to śc i V je s t m in im a ln e .

v B

R yc. 2. A — s t a n w y jś c io w y , d ro b in y g a z u s k u p io n e w m a łe j o b ję to ś c i v i B — s t a n k o ń c o w y , d ro b in y r o z ­

p ro s z o n e w c a łe j im d o s tę p n e j p r z e s tr z e n i V

%

Z a łó ż m y te r a z , że v j = V ; p y ta m y s ię z a te m , ja k ie je s t p ra w d o p o d o b ie ń s tw o , że d ro b in y w lic z b ie n z a j ­ m ą c a łą im d o s tę p n ą p r z e s tr z e ń . P ra w d o p o d o b ie ń s tw o to o tr z y m a m y z a s tę p u ją c w e w z o rz e (A) V! p rz e z V:

Pk = ( v ) n==,n=1

C o o z n a c z a te n w y n ik ? J e ś li zw a ż y ć , że w p r o b a ­ b ilis ty c e je d n o ś ć o d p o w ia d a p e w n o śc i, to w y n ik te n o z n a c z a p o p r o s tu , że d ro b in y po u s u n ię c iu p rz e g ro d y r o z e jd ą się n a p e w n o p o c a łe j im d o s tę p n e j p r z e s tr z e ­ n i, b io r ą c j ą n ie j a k o w s w e p o s ia d a n ie . J e s t to , ja k w ia d o m o , w y n ik z g o d n y z d o ś w ia d c z e n ie m .

P o r ó w n a jm y ze s o b ą p ra w d o p o d o b ie ń s tw a s t a n u w y jś c io w e g o i k o ń c o w e g o , cz y li u tw ó rz m y s to s u n e k p k /p o ; b ę d z ie m y m ie li:

p k i / v y

Po (V j/ V )» \ v j

P o n ie w a ż V /v j je s t w ię k s z e od je d n o ś c i, s to s u n e k pk /p o b ę d z ie o g ro m n y d la d u ż e g o N. N a p r z y k ła d n ie c h V /v — 4, a n = 1 m ilio n d ro b in (co je s t z n ik o m ą ilo śc ią m a te rii), w te d y :

Pk/Po = 41000000

je s t lic z b ą b a rd z o d u ż ą . W y n ik te n w s k a z u je , ja k w y ­ so ce n ie p r a w d o p o d o b n y m z d a rz e n ie m b y ło b y s k o n ­ c e n tr o w a n ie s ię te g o m ilio n a d ro b in w 1/t t e j o b ję to śc i, k tó r ą f a k ty c z n ie z a jm u ją .

W ynik, do któ reg o doszliśm y, należy oczyw i­

ście uogólnić. O kazuje się, że w procesach sa­

m o rzu tn y ch zaw sze stosunek praw dopodobień- b ień stw sta n u końcowego, p^ do w yjściow ego Po, je s t nie ty lk o w iększy od jedności, ale w y ­ raża się ogrom nym i liczbam i, w ynikającym i stąd, że stan w yjściow y nie jest stan em niem o­

żliw ym , lecz stan em o m inim alnej szansie u trz y m an ia się.

W ynik je s t in te re su ją c y jeszcze z innego po­

wodu. Zm usza on nas do rew izji tezy sfo rm u ­ łow anej poprzednio, w m y śl k tó re j niem ożli­

w ością je s t sam o rzutne zachodzenie procesu w k ie ru n k u odw ro tn y m do tego, w jakim p rze­

biega on sam z siebie, czyli ze sta n u m niej praw dopodobnego do sta n u o w iększym p raw ­ dopodobieństw ie. Tym czasem okazuje się, że przejście u k ład u ze sta n u bard ziej do stan u m n iej praw dopodobnego, nie je s t niem ożliwe, ale jed y n ie w najw y ższym sto p niu n iep raw d o ­ podobne. J e s t to stanow isko, k tó re obecnie zaj­

m u je fizyka.

Praw dopodobieństw o sta n u je s t pojęciem o bardzo szerokim zastosow aniu, nie ty lko do zjaw isk fizycznych i chem icznych, ale n aw et biologicznych. Jego uniw ersalność nasuw a m yśl, żeby zidentyfikow ać stosunek r = Pk/Po z k ry teriu m , o k tó ry m b y ła w yżej m ow a, a roz­

strzygającym w k ie ru n k u sam orzutnego p rze­

biegu procesów fizycznych i chem icznych. P ro ­ ces przebiegałby sam orzutnie w ty m k ieru nk u, dla którego r byłoby w iększe od jedności.

F izyka nie w yk o rzy stała tej możliwości, poniew aż prow adziłoby to do dw u różnych de­

fin icji entropii, a to z p u n k tu w idzen ia ekono­

m ii nau k i i logiki byłoby niepożądane. Pierw szą d efin icję entro pii, zw aną klasyczną lub fen o­

m enologiczną, określa zn an y już nam wzór:

A S = Q /T (B)

a dru g ą p rzed staw iałb y w zór:

r = Pk/Po (C)

w razie to lero w an ia dw u definicji entropii.

Było drugim w ielkim osiągnięciem B oltzm an- na w ykazanie, że m ożna w zór (C) ta k p rze­

kształcić, żeby otrzym ać w zór n a en tro p ię jed ­ noznaczny z definicją klasyczną. W ykazał on, że w ystarczy w ty m celu w ziąć log arytm sto­

sun k u pt/po i pom nożyć go przez pew ną stałą wielkość; a zatem :

A S = k lo gn at (pf/p 0) (D) S łyn ny te n w zór je s t obecnie coraz częściej z n any pod nazw ą w zoru P lancka-B oltzm anna z uw agi n a bardziej now oczesną jego in te rp re ­ tację podaną przez Plancka. We wzorze (D) lo­

g a ry tm je s t tzw . logarytm em n atu raln y m , nieco różnym od pow szechnie znanych lo g aryt- m ów zw yczajnych; k je s t pew ną stałą (tzw. sta ­ łą Boltzm anna), k tó rej w artość zależy od jed ­ nostek, w jak ich w y raża się entropię.

T rzeba podkreślić, że przekształcenie, któ re prow adzi do w zoru (D) nie zm ienia jego pro ­ babilistycznego, tj. opartego na praw dopodo­

bieństw ie, ch ara k te ru . M ożem y zatem , z uw agi n a zw iązek m iędzy praw dopodobieństw em stan u a chaosem tw ierdzić, że en tro p ia w ujęciu B oltz­

m an n a i P lanck a je s t pew ną, dostosow aną do po­

trzeb fizyki, m ia rą chaosu panującego w rozpa­

try w an y m układzie, p rzy czym p rzy ro st entropii oznacza zw iększenie się chaosu. W ty m ujęciu e n tro p ia p rzestaje być pojęciem oderw anym , a sta je się w ielkością, z k tó rą stale się spoty k a­

m y w życiu. C odziennie bow iem jesteśm y św iadkam i rozpraszania się energii w form ie ciepła i rozpraszania się m aterii, codziennie za­

tem obserw u jem y p rzy ro st chaosu czy entropii w naszym otoczeniu.

W zory (B) i (D) um ożliw iają jed y n ie oblicze­

nie p rzy ro stu en tro p ii zachodzącego podczas przejścia u k ład u z jednego sta n u do innego. Na p rzy kład za pom ocą w zoru (B) obliczyliśm y o ile p rzy ra sta en tro p ia podczas przejścia w stan ciekły 1 m ola lodu, a n astęp n ie 1 m ola w ody w sta n p ary . Czy m ożna na tej podstaw ie m ów ić o en tro p ii lodu, i p a ry w odnej, lu b ogól­

n iej o en tro p ii su b stan cji w stanie stałym , ciekłym i gazow ym ? O dpow iedź n a to p y tan ie je s t oczywiście tw ierdząca. N a przykładzie

113

(8)

114

w ody i p a ry w odnej w ykazaliśm y, że chaos cie­

czy je s t u m iark o w any, a chaos gazów b ardzo duży. S tą d w ynika, że e n tro p ie cieczy b ędą m iały w arto ści średnie, a e n tro p ie gazów w y ­ sokie. O kazuje się d alej, m oże w b re w ocze­

kiw aniu, że su b stan cje stałe rów n ież w y k a z u ją pew ien n ieznaczny chaos; z tego pow odu ich en tro p ie m ają w artości nieznaczne, ale ró żn e od zera. N a p y ta n ie dotyczące m etod, k tó ry m i rozporządza w spółczesna fizy k a dla oznaczenia e n tro p ii p ierw iastk ó w i zw iązków w sta n ie s ta ­ łym , p ły n n y m lu b gazow ym odpow iedzi u stalić nie m ożem y, poniew aż przek ro czy ło by to znacz­

nie ra m y tego a rty k u łu .

O graniczym y się do uw agi, że e n tro p ia zależy od rozm iaró w uk ładu , a p o n ad to od w a ru n k ó w w jak ic h z n a jd u je się układ, czyli od ty c h w ie l­

kości, k tó re n azw aliśm y poprzed nio p a ra m e tra ­ m i stan u , ja k te m p e ra tu ra , ciśnienie, objętość itd. N ato m iast e n tro p ia u k ład u n ie zależy od jego po p rzed n ich losów; układ, ja k w ogóle m a ­ te ria nieożyw iona, je s t pozbaw iony pam ięci i z tego pow odu jego w łasności, a zatem i e n ­ tro p ia są w yłącznie określone przez a k tu a ln e w artości p a ra m e tró w stan u . Tę w łasno ść w y ra ż a fizyka w bardziej o d erw an y sposób, tw ierdząc, że e n tro p ia je s t fu n k cją stan u, czyli w ielkością ok reślo n ą jed y n ie przez stan, w jak im u k ład się znajdu je.

P rzed m io tem naszej uw agi b y ły dotychczas n iem al w yłącznie procesy sam o rzu tn e, p rze b ie ­ gające z p rzy ro ste m e n tro p ii (w u kład zie + oto­

czenie). Z aznaczyliśm y jed n a k w yżej, że m ożli­

w e je s t przep ro w ad zen ie p rocesu w k ie ru n k u o d w ro tn y m do spontanicznego, pod w a ru n k ie m zastosow ania odpow iednich urządzeń, a p rzed e w szystkim w y d a tk o w a n ia en erg ii, k tó re j ilość je s t p ro p o rcjo n aln a do ro zm iaró w p rocesu od­

w rotnego. P y ta n ie , k tó re się tu n asuw a, dotyczy zm iany e n tro p ii tego procesu, zw anego czasam i procesem w ym uszonym . P on iew aż proces sp o n­

tan ic zn y p rzeb iega zawsze z p rzy ro ste m e n tro ­ pii, to proces w ym u szon y p o w in ien przebiegać z p rzy ro ste m u jem n y m , czyli ze zm niejszen iem się en tro p ii. Tym czasem o kazuje się, że sto su n ­ ki są bard ziej złożone. Z jed n e j stro n y w u k ła ­ dzie rozszerzonym o najb liższe otoczenie zacho­

dzi isto tn ie u jem n a zm ian a e n tro p ii, ale z d ru ­ giej stro n y niedopuszczalne je s t pom inięcie zm iany en tro p ii, do k tó re j dochodzi n a s k u te k w y d a tk o w a n ia energii, a ju ż w iem y , że tego ro­

d z a ju p rocesy są sam o rzu tn e, czyli sprzężone z p ro d u k cją en tro p ii. O kazuje się, że d o d a tn ia zm iana entro pii, tow arzy sząca w y d a tk o w a n iu en erg ii dla rea liz a c ji p rocesu w ym uszonego, zaw sze p rzek racza (bezw zględną) w a rto ść zm ia­

n y e n tro p ii u kład u. W sum ie z atem zm ian a e n ­ tro p ii je st d odatnia. J e s t to w y n ik , k tó ry m oż­

n a sform ułow ać nieco inaczej, m ianow icie, że za zw iększenie porząd k u n a p e w n y m odcinku trz e b a zapłacić znacznym zw ięk szen iem niepo­

rzą d k u n a odcinkach sąsiednich.

W ynik te n je s t interesu jący , dowodzi b o ­ w iem , że w szystkie procesy fizyczne i chem icz­

n e zachodzące w naszym otoczeniu, zarów no spontaniczne, ja k w ym uszone, są zawsze skoja­

rzo n e z p rzy ro stem entropii, pod w arun kiem je d n a k u w zględnienia w szystkich zm ian za­

chodzących w układzie i otoczeniu. O znaczając z atem przez ASUkł i ASot zm iany e n tro p ii u k ła ­ du i otoczenia zachodzące podczas przem iany A— B będziem y zawsze m ieli:

A S ukł + A S ot > 0.

N ierów ność ta w y raża w skondensow anej fo r­

m ie dru g ą zasadę term o dyn am iki, czyli zasadę p rz y ro stu e n tro p ii (albo chaosu) tow arzyszącego w szy stk im rzeczyw iście, czyli n ieodw racalnie zachodzącym procesom fizycznym i chem icz­

n y m . J e s t to ja k w idzim y zasada o u n iw e rsa l­

n y m znaczeniu. W artość A S je s t pew n ą m iarą nieodw racalności procesu. Im je s t ona wyższa, ty m bardziej n ieo dw racaln y je s t proces, tym w iększy je s t chaos, k tó ry on pozostaw ia po sobie w układzie i otoczeniu. N atom iast A S = 0 dla pro ­ cesów odw racalnych, k tó re jed n a k są nieosią­

g a ln ą gran icą procesów rzeczyw istych. W reszcie nig d y nie m oże być AS ujem n e, poniew aż ozna­

czałoby to m ożliw ość up orządkow ania pew nego chaotycznego u k ład u zupełnie za darm o.

O becnie pojęcie e n tro p ii w ykroczyło poza g ranice term od yn am ik i, m iędzy in n y m i weszło do biologii. J u ż daw no zadano sobie pytanie, czy rozw ój żyw ego organizm u, n a k tó ry m ożna się z ap atry w ać jako n a bardzo złożony proces fizyko-chem iczny, odbyw a się zgodnie z dru gą zasadą. N ie b rak ło głosów, że z uw agi na b a r­

dzo złożoną i uporząd kow an ą s tru k tu rę ży­

w ego organizm u nie je s t w ykluczone, że to w a­

rzysząca rozw ojow i globalna zm iana en tro p ii (tj. u k ład u czyli organizm u + otoczenie) je st u jem n a : AS < 0. W szystko je d n a k w skazuje na to, że rozw ój organizm u nie w y ła m u je się spod zasadniczych p raw term odynam icznych.

E n tro p ia w kro czyła rów nież do filozofii p rzy ­ rody , zw łaszcza do kosm ogonii. J u ż Clausius w ypow ied ział tezę, że en erg ia W szechśw iata je s t w ielkością stałą, a e n tro p ia W szechśw iata sta le ro śn ie i zdąża do m ak sym aln ej w artości.

T eza ta od la t je st przedm io tem dyskusji, za­

strzeżeń i spekulacji.

W reszcie o statn io n ow a a bardzo am b itna dy scy p lin a — m am y n a m yśli teo rię in fo rm a­

cji — w p ro w ad ziła te rm in e n tro p ia do swej term inologii. M ożna by n a w e t zaryzykow ać tezę, że te o ria in fo rm acji dokonała p róby r a ­ b u n k u n a term o dyn am ice w celu przyw łaszcze­

n ia sobie en tro pii. W u jęc iu tej dyscypliny en ­ tro p ia je s t bardzo szerokim pojęciem , w o brę­

bie któ reg o m ieści się e n tro p ia term ody n am icz­

n a jako znacznie w ęższe pojęcie. Czy rab u n e k te n u d a się, to znaczy^ czy rozszerzone pojęcie e n tro p ii będzie k o rzy stn e dla rozw oju nauk.

okaże przyszłość.

(9)
(10)

I l b . F R A G M E N T R E Z E R W A T U g e o lo g ic z n o -f lo ry s ty c z n e g o n a O s tr z y c y k o ło P ro b o s z c z o w a , p o w . Z ło to ry ja .

\A7i H r»r»7 r» o c o f f n ł n h r \ r 7 a h a 7 a 1 ł m x ; p A R A r l / A i i r c l r i

(11)

115

K A Z IM IE R A G R O M Y S Z -K A Ł K O W S K A (L u b lin )

REAKCJE GĄSIENIC KOSZÓW EK PSYCHE YICIELLA SCHIFF.

W OBRONIE DOMKÓW

R yc. 2. F o to ta k ty z m d o d a tn i g ą s ie n ic P s y c h e v ic ie l- la S c h iff. w p r z y p a d k u u w ią z a n ia k o sz a . A — p u n k t

z a c z e p ie n ia n itk i, B — k ie r u n e k o ś w ie tle n ia m y c h ź d ź b ła c h tr a w . N ie je s t to je d n a k p o z y c ja c ia ­ ła n a b y ta w ż y c iu o so b n ic z y m , z w ie rz ą b o w ie m p r z y ­ n o s i te n m e c h a n iz m b e h a w io r a ln y w g o to w e j p o s ta c i n a ś w ia t. M ło d e g ą s ie n ic z k i, m ie rz ą c e z a le d w ie 1,5 m m , b e z p o ś r e d n io p o o p u sz c z e n iu o sło n ja jo w y c h m a s z e r u ją z o d w ło k ie m u n ie s io n y m do g ó ry . R u c h te n z a te m w y p rz e d z a d ź w ig a n ie d o m k u , do b u d o w y k tó r e g o la r w a z a b ie rz e s ię d o p ie ro z a p a r ę m in u t.

N ie m n ie j je d n a k s ta łe p rz e b y w a n ie w k o s z u o d b ija s ię n a z a c h o w a n iu z w ie rz ą t. O ty m św ia d c z y c o ra z to w ię ­ k sz a tr u d n o ś ć , n a k tó r ą n a p o ty k a e k s p e r y m e n ta to r , g d y u s iłu je u s u n ą ć g ą s ie n ic ę z d o m k u . O ile z w ie rz ę w p ie r w s z y c h d n ia c h ż y c ia s to s u n k o w o ła tw o d a je się w y p c h n ą ć z k o sza, w y s ta r c z y w ty m c e lu le k k o p a lc a m i śc is n ą ć ty ł d o m k u , to la r w y s ta rs z e , k il k u ­ d n io w e , n ie r e a g u j ą n a te n z a b ie g i tr z e b a d o p ie ro p o s łu ż y ć s ię p a łe c z k ą w s u n ię t ą w ty l n y o tw ó r d o m ­ k u , b y z w ie rz ę o p u śc iło k o sz ; n ie m a l je d n a k n ie m o ­ ż liw o ś c ią s t a je się u s u n ię c ie z w ie rz ę c ia z d o m k u , w k tó r y m p rz e z im o w a ło . O s o b n ik i w ty m w ie k u , a ta k o w a n e od ty ł u k o sz a , b r o n i ą się p rz e d w y p c h ­ n ię c ie m s iln y m i s k u r c z a m i c ia ła , a je ż e li e k s p e r y ­ m e n t a to r n ie u s t ę p u je i u p o rc z y w ie u s u w a je z d o m ­ k u , w y k o n u ją g w a łto w n e r u c h y w a h a d ło w e c a ły m cia łe m , w y d z ie la ją c p r z y ty m b a rd z o c zęsto z ja m y g ę b o w e j p ły n o z a b a r w ie n iu z ie lo n k a w o -b rą z o w y m i s iln ie p r z y tr z y m u ją c s ię o d n ó ż a m i a n a ln y m i w e w ­ n ę tr z n e j s t r o n y k o łn ie r z y k a p rz e d n ie g o . N ie je s t w y ­ k lu c z o n e , że t e o b ro n n e f o r m y b e h a w io r u w y m a g a ­ ją p e w n e j d o jr z a ło ś c i n e rw o w o - m ię ś n io w e j z w ie rz ę ­ c ia i d la te g o z ja w ia ją s ię d o p ie ro w p ó ź n ie js z y c h s ta d ia c h ro z w o jo w y c h , z a te m w n io s e k o u w a r u n k o - L a r w y k o sz ó w e k P s y c h e v ic ie lla S c h iff. ro z p o c z y ­

n a j ą s w o ją d z ia ła ln o ś ć ż y c io w ą od z b u d o w a n ia d o m k u , p rz y p o m in a ją c e g o w y g lą d e m k o sz (ry c. 1). B u d o w ę je g o p r o w a d z ą p rz e z w s z y s tk ie s t a d ia ro z w o jo w e . J a k ju ż o p is a n o p o p rz e d n io *, d o m k i t e w y r ó ż n ia ją się sp o ś ró d in n y c h te g o r o d z a j u tw o ró w , b u d o w a n y c h p rz e z o w a d y , n ie z m ie r n ie z a w iłą s t r u k tu r ą , a p rz y ic h b u d o w ie la r w y u ja w n i a j ą c a łe b o g a c tw o z a s k a k u ją ­ cy c h m e c h a n iz m ó w k o n s tr u k to r s k ic h , w id o c z n y c h sz c z e g ó ln ie p rz y w b u d o w y w a n iu p a ty k ó w o k ry w o ­ w y c h . N ie m a l c a ły b e h a w io r ty c h in te r e s u ją c y c h z w ie ­ r z ą t w ią ż e s ię z p o s ia d a n ie m k o s z a i je ż e li n a w e t n ie o d n o si s ię b e z p o ś r e d n io d o jeg o k o n s t r u k c ji , to d e ­ te r m in o w a n y je s t c ią g łą je g o o b e c n o śc ią . L a r w y w e w s z y s tk ic h o k o lic z n o ś c ia c h sw eg o ż y c ia d ą ż ą do p o ­ s ia d a n ia d o m k u i b r o n ią s ię ze w s z y s tk ic h s ił p rz e d jeg o u tr a t ą .

R yc. 1. K o sz g ą s ie n ic P s y c h e v ic ie lla S c h iff. 1 — p rz e d n i k o łn ie rz y k , 2 — tr z o n k o sz a , 3 — ty ln y

k o łn ie rz y k

B e h a w io r a ln e p o w ią z a n ia g ą s ie n ic z k o sz e m w i­

d o czn e s ą ju ż w p o z y c ji c ia ła ty c h z w ie rz ą t: la r w y p o z b a w io n e d o m k u m a j ą o d w ło k n ie m a l p r o s to p a ­ d le u n ie s io n y do g ó ry . T rz e b a p rz y p u s z c z a ć , że w o b rę b ie k o s z a t r z y m a j ą go ró w n ie ż w t e n sp o só b . T y lk o t a k a p o z y c ja c ia ła m o że z a b e z p ie c z y ć z w ie ­ rz ę p rz e d z g u b ie n ie m d o m k u w p r z y p a d k u , g d y b y z a c z e p iło n im o c h r o p o w a te p o d ło ż e , w z g lę d n ie , gd y n a r a ż o n y o n je s t n a z e śliz g n ię c ie s ię z g ła d k ic h p o ­ w ło k c ia ła w c z a sie w s p in a n i a s ię g ą s ie n ic p o s t r o -

* ) K. G i r o m y s z - K a ł k o w s k a : J a k g ąsien ice ko­

szów ek P sych e v iciella Schiff. b u d u ją dom ki? — W szech­

św ia t, 1963, z. 9, s tr. 205—210.

(12)

116

w a n iu ic h n o s z e n ie m p rz e z d łu ż s z y c zas k o s z a b y ł ­ b y n ie s łu s z n y . W je d n y m ty lk o p r z y p a d k u w y d a je s ię is tn ie ć n ie z a p r z e c z a ln y w p ły w in d y w id u a l n y c h d o ­ św ia d c z e ń g ą s ie n ic . O ile z w ie r z ę ta m ło d e , z p ie r w ­ szeg o r o k u k a le n d a rz o w e g o , p o o d e b r a n iu im k o s z a c h o d z ą d o ść s w o b o d n ie , to o so b n ik i s ta r s z e s t a j ą się c a łk o w ic ie b e z r a d n e , n ie p o tr a f ią u tr z y m a ć n o r m a l ­ n e j p o s ta w y c ia ła i k o n s e k w e n tn ie p rz e z ja k i ś czas s ą n ie z d o ln e do m a r s z u .

N ie m n ie j in te r e s u ją c o p r z e d s ta w ia s ię c z y n n a o b ­ r o n a , d o m k ó w . S p r a w y te p rz e ś le d z o n o e k s p e r y m e n ­ ta ln ie . U s iło w a n o la r w ie s tw o r z y ć t a k i e w a r u n k i, b y n a jł a tw ie j s z y m w y jś c ie m z s y t u a c ji b y ło d o b ro w o ln e p o rz u c e n ie p rz e z n ią d o m k u . D o ś w ia d c z e n ia te ze w z g lę d ó w te c h n ic z n y c h m o ż n a b y ło w y k o n a ć j e d y ­ n ie n a z w ie r z ę ta c h s ta r s z y c h (w ię k sz y c h ). W je d n e j s e r ii d o ś w ia d c z e ń o b w ią z y w a n o d o m e k m o c n ą n it k ą m n ie j w ię c e j w p o ło w ie je g o d łu g o ś c i, a d r u g i je j k o n ie c u m o c o w a n o n a g w o ź d z ik u w b ity m w p o d ło ­ że. Z w ie rz ę m o g ło s w o b o d n ie p o ru s z a ć się w p r o m ie ­ n iu 8 cm . W p ie r w s z e j c h w ili po n a p o t k a n i u o p o ru z w ie rz ę u s iło w a ło p r z e r w a ć n it k ę p o d c ią g a n ie m d o m ­ k u d o p rz o d u , z m ie n ia ją c r a z po r a z k i e r u n e k a ta k u , W s to s u n k o w o je d n a k k r ó t k im c z a sie d ą ż y ło o no w s t r o n ę n a js iln ie js z e g o n a tę ż e n ia ś w ia t ła , t j . b e z p o ­ ś r e d n io k u o k n u p r a c o w n i i o d tą d ty l k o w ty m k i e ­ r u n k u u s iło w a ło p o s u w a ć s ię n a p r z ó d (ryc. 2). P o b e z s k u te c z n y c h p ró b a c h w y r w a n i a k o s z a , g ą s ie n ic a w y s u w a ła p rz ó d c ia ła p o z a o b rę b d o m k u b ą d ź to p o p r z e z k o łn ie r z y k p r z e d n i, b ą d ź to p r z e z k o łn ie r z y k

R y c. 3. G ą s ie n ic a lo k a liz u je m ie js c e p r z e s z k o d y i w y ­ c h y la s ię c e le m je j u s u n ię c ia

ty ln y , b a d a ją c s y tu a c ję . W re s z c ie p o g łę b o k im w y ­ c h y le n iu s ię z k o s z a w k i e r u n k u p ę t l i n a d o m k u , p o d k ła d a ł a g ło w ę p o d n itk ę , tu ż p r z y p ę t l i p r z y t r z y ­ m u j ą c e j d o m e k i p o w o ln y m i r u c h a m i sz c z ę k p r z e ­ c in a ła ją , p o d o b n ie ja k to cz y n i, g d y o d c in a m a t e r i a ł p r z e z n a c z o n y n a p o k r y c ie d o m k u (ry c . 3). Z c h w ilą u w o ln ie n ia d o m k u l a r w a o d c h o d z iła w p r z y p a d k o ­ w y m k ie r u n k u .

P r z e c i n a n ie n it k i n ie b y ło je d n a k o w o ż je d y n ą f o r ­ m ą u w o ln ie n ia d o m k u . C z ę ść g ą s ie n ic w t e j s y t u a c ji p r z e g r y z a ła d o m e k n a p ó ł, w z d łu ż o b e jm u ją c e j go

p ę t l i i u z y s k iw a ła z s u n ię c ie s ię p ę tl i z jeg o o b w o d u (ry c. 4). C z ę śc ią m ie s z k a ln ą s t a w a ł a się w ó w c z a s p r z e d n i a część d o m k u (ryc. 5). C zęść z w ie r z ą t p o ­ s tą p i ł a b a r d z ie j e k o n o m ic z n ie , a lb o w ie m p o z s u n ię ­ c iu s ię p ę tl i z d o m k u z łą c z y ła n it k a m i p rz ę d z y z p o w ro te m o b ie ro z d z ie lo n e części k o s z a w je d n ą c a ło ś ć . N ie w s z y s tk ie je d n a k z w ie rz ę ta p o d d a n e te g o r o d z a j u e k s p e r y m e n to m ro z w ią z y w a ły w te n sp o só b z a d a n ie . D u ż y w p ły w p o s ia d a ł n a to w ie k g ą s ie n ic : l a r w y m ło d s z e u w a ln ia ły d o m e k je d y n ie w około 70°/o, s ta r s z e n a to m ia s t o s o b n ik i w o k o ło 90% . O ile w s z y s tk ie z w ie r z ę ta n ie z a le ż n ie od w ie k u u s iło w a ły b e z p o ś r e d n io s f o rs o w a ć p rz e s z k o d ę z e r w a n ie m n itk i, to p r z e c in a n ie d o m k u n a p o ło w y z d a rz y ło s ię w y ­ łą c z n ie u m ło d s z y c h i to s to s u n k o w o w n ie d u ż y m p ro c e n c ie . T e j f o r m y z a c h o w a n ia s ię n ie u d a ło się

R y c . 4. D o m e k g ą s ie n ic k o s z ó w e k P s y c h e v ic ie lla S c h iff. p r z e c ię ty w z d łu ż p rz e b ie g u o b e jm u ją c e j go p ę ­ tli. 1 — p r z e d n ia część k o sza, 2 — ty l n a część k o sz a

R y c. 5. Z a m ie s z k a ła część p r z e d n ia k o s z a p o u w o l­

n ie n i u d o m k u p rz e z g ą s ie n ic ę z p r z y tr z y m u ją c e j p ę ­ tli, l u b p o o d r z u c e n iu ty łu d o m k u z tk w ią c ą w n ie j p rz e s z k o d ą . 1 — z r e k o n s tr u o w a n y k o łn ie r z y k ty ln y

z p rz ę d z y , 2 — o tw ó r t y l n y o b e c n e g o d o m k u

w y z w o lić u o s o b n ik ó w s ta r s z y c h , n a w e t w w a r u n ­ k a c h , g d y n ie o d z y s k u ją c s w o b o d y r u c h ó w , m u s ia ły g in ą ć z g ło d u w d o m k u . P r z e k o n a n o s ię o ty m o b w ią ­ z u ją c d o m k i d r u c ik ie m , z a m ia s t n it k ą . D ro g ą o c a le ­ n ia ż y c ia w ty m p r z y p a d k u b y ło o p u sz c z e n ie d o m k u , a lb o p r z e c ię c ie go n a p ó ł; z w ie r z ę ta m im o w ie lo k r o t­

n ie p o n a w ia n y c h b e z s k u te c z n y c h p r ó b p r z e g r y z ie n i a

Cytaty

Powiązane dokumenty

dotarł jednak tylko do 71°30' południowej szerokości, lecz zbliżył się do południowego bieguna m agnetycznego tak bardzo, że igła m agnetyczna, umieszczona w

Więcej kompetencji przenieść z urzędów na NGOsy, decyzje oddać w ręce wspólnych rad/komisji z udziałem NGOsów i urzędników.. Jawność kryteriów i wystawianych ocen wniosków

warszawski zachodni, legionowski, pruszkowski, nowodworski, grodziski, miński, wołomiński, piaseczyński i otwocki) nie będą objęte możliwością skorzystania z regionalnej

Organ procesowy jest obowi zany przeprowadzić z urzędu dopuszczalny, dostępny i daj cy się przeprowadzić dowód niezbędny do wyja nienia okoliczno ci sprawy 17.. W wyj

2) projekty realizowane z udziałem środków unijnych w ramach Programu Operacyjnego Polska Cyfrowa (POPC), w tym POPC.001 - projekt „Utworzenie Krajowego

Dotacja celowa na realizację zadania inwestycyjnego &#34;Cyfryzacja Sali kinowej Kina &#34;Mewa&#34; w Budzyniu. Dotacja celowa na realizację zadania inwestycyjnego

Post wigilijny jest zwyczajem dość powszechnie przestrzeganym, mimo że w wielu wyznaniach chrześcijańskich nie jest nakazany.. Biskupi łacińscy zachęcają do zachowania tego

Konwencja poświęca dużo uwagi kobietom, ponieważ obejmuje formy przemocy, których doświadczają jedynie kobiety!. (przymusowa aborcja, okaleczenie