 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
125
организованные, которые в большей мере наделены случайными элементами. С точки зрения
классической термодинамики «тепловая смерть» Вселенной неизбежна. Вокруг этой проблемы среди
естествоиспытателей и философов развернулась горячая дискуссия, которая с перерывами длится уже
более сотни лет и не потеряла своего значения вплоть до настоящего времени.
Распространение второго начала термодинамики на необратимые процессы было завершающим
шагом в установлении основ термодинамики, которая стала одной из важнейших отраслей физики.
Но раз теплота есть движение, то закономерно возникает задача исследовать природу и
закономерности этого движения. Решение этой задачи привело к возникновению и развитию
кинетической теории газов, которая в дальнейшем преобразовалась в новую отрасль физики —
статистическую физику. В рамках кинетической теории газов были получены важные результаты:
разработана кинетическая модель идеального газа (Р. Клаузиус), закон распределения скоростей
молекул газа (Дж.К. Максвелл), теория реальных газов (Я.Д. Ван-дер-Ваальс), определены реальные
размеры молекул, найдено число молекул в единице объема газа при нормальных условиях (число
Лошмидта), число молекул в одной грамм-молекуле (число Авогадро) и др.
В кинетической теории газов была еще одна важная проблема — проблема молекулярного
обоснования второго начала термодинамики. Постепенно сложился подход к решению этой задачи —
вывести начала термодинамики из некоторого общего положения механики, ряда ее принципов. Здесь
наиболее интересные и значительные результаты были получены Л. Больцманом, который считал, что
в качестве такого общего положения можно использовать принцип наименьшего действия в
обобщенном виде. В процессе исследований Больцман доказал знаменитую Н-теорему, согласно
которой идеальный газ, находящийся первоначально в нестационарном состоянии, с течением времени
сам собой должен переходить в состояние статистического равновесия. Эту теорему Больцман
истолковал как доказательство статистического характера второго начала термодинамики. Из идеи
статистической закономерности Больцман непосредственно выводит необратимость молекулярных
процессов. Энергия переходит из менее вероятной формы в более вероятную. В случае если
первоначальное распределение энергии в телах было менее вероятным, то в дальнейшем вероятность
распределения увеличится. Больцман формулирует и ровую интерпретацию энтропии. В соответствии
с ней энтропия (есть логарифм вероятности состояния системы Е = k lnW. Эта формула высечена на
памятнике Больцману над его могилой на кладбище в Вене.
В 90-х гг. XIX в. развернулась полемика вокруг статистического толкования второго начала
термодинамики. Больцман энергично защищал свои взгляды, но был одинок. И только в начале XX в.
в контексте экспериментальных успехов в изучении броуновского движения теория Больцмана
получила признание. Развивая идеи Больцмана, М. Смолуховский разрабатывает теорию флуктуаций и
применяет ее к анализу явлений, в которых может непосредственно наблюдаться антиэнтропийное
поведение. Смолуховский приходит к идее относительности обратимости и необратимости, их
зависимости от времени, в течение которого наблюдается процесс.
Статистическая термодинамика находит свое развитие и завершение в работах Дж. Гиббса, в его
статистической механике. Гиббс рассматривает статистическую механику как теорию ансамблей
(мысленная совокупность невзаимодействующих систем), которые не зависимы от конкретного
состава и строения тех систем, из которых они составлены. Статистическая механика Гиббса оказалась
способна решать любую задачу относительно равновесной системы, состоящей из произвольного
числа независимых компонентов и сосуществующих фаз. Но вопрос о противоречии обратимости и
необратимости Гиббсом был по сути обойден.
Новый этап в развитии исследований необратимых систем наступил только в конце XX в., с
созданием теории самоорганизации (синергетики) (см. 15.1).
8.1.3. Развитие представлений о пространстве и времени
Во второй половине XIX в. физики все чаще анализируют фундаментальные основания
классической механики. Прежде всего это касается понятий пространства и времени, их ньютоновской
трактовки. Предпринимаются попытки придать понятию абсолютного пространства и абсолютной
системы отсчета новое содержание взамен старого, которое им придал еще Ньютон. Так, в 70-е гг. XIX
в. было введено понятие ?-тела как такого тела во Вселенной, которое можно считать неподвижным и
принять за начало абсолютной системы отсчета. Некоторые физики предлагали принять за
?
-тело
центр тяжести всех тел во Вселенной, полагая, что этот центр тяжести можно считать находящимся в