Эргодические проблемы классической механики - Арнольд В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, для второго начала, как и для всей термодинамики, существует нижняя граница его применимости: оно неприменимо к микросистемам.
Верхняя граница применимости второго начала связана с ограничением применения термодинамики к системам галактических
*' С первого взгляда может показаться, что наличие тепловых флуктуации дает принципиальную возможность построения вечного двигателя второго рода. Но это не так. Рассмотрим, например, флуктуацию плотности в газе. Может показаться возможным «поймать» возникающие разности давлений с помощью специальных клапанов и аппаратов, имеющих дело с отдельными молекулами [такие устройства (существа) В. Томсон называл «демонами Максвелла)»], и использовать их для совершения работы или разделения смеси газов Однако это не только практически, но и теоретически невозможно. Все наши аппараты, клапаны и т. д. сами состоят из молекул и сами обладают некоторыми колебаниями около положения равновесия, притом совершенно независимыми от колебаний плотности газа. Желаемый результат можно было бы получить в некоторый определенный момент времени, но в следующий же момент он компенсировался бы снова колебаниями аппарата и газа.
82 размеров, вследствие дальнодействующего характера определяющей роли в них гравитационных сил, которые приводят к невыполнению в таких системах исходных положений классической термодинамики. Поэтому без обобщения исходных положений термодинамики для космических систем второе начало нельзя применять к большим участкам Вселенной и тем более ко Вселенной как целой*'.
Между тем некритическое перенесение закономерностей земного макроскопического опыта на Вселенную как целое приводило к антинаучным выводам о «тепловой смерти» Вселенной.
В законченном виде концепция «тепловой смерти» Вселенной была сформулирована более ста лет назад на основе работ Клаузиуса**1, который, распространяя законы термодинамики на Вселенную как целое, писал : «Энергия мира остается постоянной, энтропия мира стремится к максимуму». Это означает, что Вселенная рано или поздно придет в состояние термодинамического равновесия; тогда все процессы прекратятся и мир погрузится в состояние «тепловой смерти», температура во всех местах Вселенной будет одной и той же, одинаковыми будут и все другие интенсивные параметры и больше уже не будет причин, способствующих возникновению каких бы то ни было процессов.
Концепция «тепловой смерти» Вселенной непосредственно ведет к поповщине.
Энгельс подверг взгляды Клаузиуса резкой критике, показав, что концепция «тепловой смерти» Вселенной противоречит закону сохранения и превращения энергии, так как этот закон, как мы уже отмечали, говорит не только о количественной неунич-тожимости движения материи, но и о неутрачиваемой способности к качественным превращениям различных форм движения одна в другую.
Передовые физики прошлого века также выступали против концепции Клаузиуса.
Большое прогрессивное значение имели в этом отношении работы выдающегося физика-материалиста Больцмана.
В противовес концепции «тепловой смерти» Вселенной Больцман выдвинул «флуктуационную гипотезу». Больцман впервые установил статистическую природу второго начала
*' Система, частью которой является наблюдаемая нами Вселенная (Me-таї алактика). называется Вселенной как целое (в кн: Бесконечность и Вселенная. M., 1969).
**' С тех пор эга «теория» получила довольно широкое распространение. Так. например, в кн.: J. Jeans. The Universe around us (Cambridge, University press, 1930, p. 320) читаем: «Вселенная не может существовав вечно; рано или поздно должно наступи 1ь время, когда ее последний эрг энергии досішнет наивысшей ступени на лесгниис падающей полезности, и в этот момеш активная жизнь Bcc лен ной должна будет прекратиться».
83 термодинамики. Состояние термодинамического равновесия, по Больцману, является лишь наиболее часто встречающимся, наиболее вероятным; в равновесной системе всегда самопроизвольно могут возникнуть сколь угодно большие флуктуации.
Распространяя эти выводы на Вселенную как целое, Больцман пришел к заключению, что Вселенная находится, вообще говоря, в состоянии термодинамического равновесия, однако в пей неизбежно возникают сколь уюдно большие флуктуации. Такой огромной флуктуацией является та часть Вселенной, в которой мы находимся. Всякая флуктуация должна исчезнуть, но столь же неизбежно будут возникать флуктуации подобного рода в других местах Вселенной. Таким образом, по Больцману, одни миры погибают, а другие — возникают.
Против флуктуационной гипотезы Больцмана был выдвинут ряд возражений. Одним из них является исчезающс малая вероятность сколько-нибудь больших флуктуации. Ни концепция «тепловой смерти», пи «флуктуационная гипотеза» не учитывали специфики Вселенной как гравитирующей системы. В то время как для идеального газа наиболее вероятным является равномерное распределение частиц в пространстве, в системе гравитиру-ющих частиц однородное распределение не соответствует максимальной энтропии. Образование звезд и галактик из равномерного распределения вещества происходит не вследствие флукту-аций. а является естественным процессом, идущим с ростом энтропии.
