Температура - Смородинский Я.А.
Скачать (прямая ссылка):
Поэтому пучок антипротонов будет "охлаждаться", а электронный пучок -
"нагреваться". Разброс поперечных скоростей антипротонов будет
уменьшаться. Это заключение можно было сделать, совсем не рассматривая
подробности процессов взаимодействия антипротонов и электронов.
Такой способ коллимирования пучка антипротоиоз обещает быть эффективным.
Для протонов метод охлаждения может сильно упростить работу по созданию
"хороших" пучков, а для антипротонов без охлаждения вообще не видно путей
к созданию пучка, пригодного для опытов.
"Холодильник" Будкера представляет собой самым удивительный из
холодильников.
ИЗ
ТЕМПЕРАТУРА И ДИСПЕРСИЯ
Конечно, использование понятия температуры для таких необычных систем,
как частицы в космических лучах или пучки частиц, вылетающих из
ускорителя, - идея очень красивая. Но у этой идеи есть один дефект:
описанные системы на самом деле никакой температуры не имеют, как нет ее
у толпы, выходящей после футбольного матча со стадиона. Температура - это
характеристика системы, находящейся в тепловом равновесии. Мы знаем, что
в тепловом равновесии не все частицы (не все степени свободы) имеют
одинаковую энергию. Напротив, значения энергии частиц разбросаны вокруг
некоторого среднего значения. Мы говорили уже о таком разбросе и
характеризовали его специальной величиной -дисперсией б (е), которая
пропорциональна температуре системы. Мы даже говорили, что дисперсия
может служить мерой температуры. Однако то, что верно для системы в
тепловом равновесии, не обязательно верно для других случаев.
Разброс энергии частиц в пучке можно описывать дисперсией, но этой
дисперсии нельзя, строго говоря, сопоставить никакой температуры. Тем не
менее утверждение о том, что энергия перетекает от системы с большим
разбросом энергии (с большой дисперсией) к системе, у которой дисперсия
меньше, в большинстве случаев правильно. Можно вычислить, что при таком
процессе возрастает энтропия, а только она управляет течением тепловых
процессов в природе. Именно поэтому можно заменять слоео "дисперсия"
словом "температура" и не впадать в ошибку. Но это можно делать лишь до
поры, до времени. Если две системы имеют равные дисперсии, но не
находятся в тепловом равновесии (хотя бы одна из них), то между ними
может существовать поток энергии. Этого не могло бы быть, если бы у
систем были одинаковые температуры. В какую же сторону будет происходить
передача энергии? Ответить на этот вопрос можно, лишь подсчитав изменение
энтропии. Передача энергии будет происходить так, чтобы энтропия
увеличивалась. Управляет процессами энтропия, температура же в этом
смысле понятие не столь общее. Не лишним будет отметить, что похожие
замечания надо было сделать и при рассказе об отрицательных температурах
и о неравновесном заселении уровней энергии.
146
БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ
Нас уже не должно удивлять, что в одном объеме могут существовать разные
температуры. Потоки тепла (или энтропии) от спинов к решетке, от
магнитных облаков к протону и многие другие примеры иллюстрируют процессы
установления теплового равновесия, когда тепло передается от более
хаотической системы (большие Т) к более упорядоченной (малые Т). Первым
примером такого процесса было броуновское движение. Оно было открыто в
1827 г. английским ботаником Броуном, который в своей статье (1828 г.)
описал беспорядочное движение маленьких пылинок в жидкости, наблюдаемое в
сильный микроскоп.
Интересно, что это явление почти сразу связали с движением молекул
жидкости, но потом почему-то эта точка зрения была отвергнута, и даже в
начале нашего века броуновское движение стали объяснять потоками в
жидкости.
В 1905 г. в Энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона было написано:
"Долгое время многие думали, что явление обусловливается действительным
молекулярным движением внутри жидкости. Такого мнения придерживался еще в
1863 г. Винер. Но тотчас же после открытия явления высказывались и другие
взгляды на причину его ...". Так что от проблемы броуновского движения
предпочитали отворачиваться. Поэтому, когда в 1905 г. появилась работа
Эйнштейна "О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц", в ней не
было даже ссылки на броуновское движение. Теория собственно броуновского
движения содержалась лишь в публикации следующего года.
Суть теории броуновского движения состоит в том, что в тепловом
равновесии (в классической кинетической теории газов) все степени свободы
следуют на равных основаниях закону равнораспределения.
Пылинки в жидкости образуют систему - идеальный газ частиц, хотя и не
взаимодействующих между собой, но взаимодействующих с частицами жидкости,
в которой они плавают.
Вообразим себе, что все эти пылинки остаются неподвижными. Это означало
бы, что температура "газа" из пылинок была бы равна абсолютному нулю.
Тогда с необходимостью возникнет поток тепла от жидкости
147
к пылинкам, который не прекратится до тех пор, пока на каждой степени
свободы пылинки не накопится энергия, равная ykT. Пылинка будет
