Полная версия

Главная arrow Философия arrow История, философия и методология естественных наук

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

7.3. О возможности редукции термодинамики к статистической физике

Развитие статистической физики поставило под вопрос самостоятельность термодинамики как макроскопической теории. Если макроскопическая теория сводится к микроскопической теории, то вроде бы нет необходимости в сохранении ее самостоятельности. Но действительно ли состоялась редукция макротеории к микротеории? Дать однозначный ответ на этот вопрос затруднительно.

Не подлежит сомнению, что всякому макродинамическому параметру, в частности объему, давлению, температуре, энтропии, можно придать статистический смысл. В таком случае первый закон термодинамики: – можно считать выражением закона сохранения энергии: подводимое количество теплоты Q частично идет на увеличение внутренней энергии системы и совершение работы А.

Согласно второму началу термодинамики в замкнутой макроскопической системе энтропия либо возрастает, либо остается неизменной:

(7.2)

Сама же энтропия пропорциональна статистическому весу Р макроскопического состояния согласно формуле (7.1):

В результате и второе начало термодинамики получает статистическое истолкование.

Согласно третьему началу термодинамики при абсолютной температуре Т, равной нулю, и энтропия равна нулю. Со статистической точки зрения это обстоятельство объясняется тем, что если система находится в состоянии при Р = 1, т.е. в ней достигнуто экстремальное состояние, когда Р = 1, то S = 0.

Разумеется, можно показать, что не только основные начала термодинамики, но и другие ее положения так или иначе получают статистическое истолкование. Но это не означает полной редукции термодинамики к статистической физике. Действительно, с существенными трудностями программа редукции встречается при обращении как к классической, так и к квантовой статистике.

В классической статистике эргодическая гипотеза не имеет динамического содержания. С учетом этого обстоятельства нельзя считать, что состоялось объяснение природы термодинамики. Редукция одной физической теории к другой предполагает не только феноменологическое, но и динамическое истолкование.

При переходе к квантовой статистике динамика "включается", но реализовать ее применительно к мириадам частиц крайне затруднительно. Пока это никем не сделано в полном объеме. Именно поэтому вопрос о возможности редукции термодинамики к ее статистическому варианту остается неразрешенным. В создавшихся условиях исследователи осуществляют осмысление термодинамики в два приема. Сначала термодинамика рассматривается как нестатистическая теория. Затем дается посильное для данного физика ее истолкование со статистической точки зрения.

Все сказанное выше относительно соотношения макро- и статистической термодинамики остается в силе и в случае взаимосвязи любой макроскопической теории и ее статистического визави. Таким образом, различие, существующее между микро- и макротеориями, пока не преодолено. Это обстоятельство особенно наглядно демонстрируется феноменом так называемой стрелы времени, ее направленностью от прошлого к будущему.

Больцман полагал, что второе начало термодинамики равносильно констатации стрелы времени, его асимметрии по отношению к прошлому и будущему. Своеобразие рассматриваемой ситуации состоит в том, что сами постулаты теории включают положение о необратимости времени. В постулаты квантовой механики оно не включается. Следовательно, необходимо объяснить возникновение необратимости времени. Возможно ли в принципе такое объяснение?

Видимо, возможно. В обоснование этой позиции автор ссылается на переход от чистого к смешанному состоянию. Само возникновение смешанного состояния связано со сложной перестройкой динамических связей, которые частично усиливают и гасят друг друга. В итоге возврат к старому исключается. Нет механизма возвращения от смешанного к чистому состоянию.

Обычно утверждается, что необратимость времени возникает в системе с мириадами частиц. Но есть, дескать, такие состояния, в которых необратимость времени отсутствует. По мнению автора, ситуация выглядит несколько по-другому. Необратимость времени в латентном виде содержится в обратимости времени в том ее виде, в каковом она входит в исходные уравнения движения. "Включение" необратимости времени происходит в порядке спонтанного нарушения симметрии.

В заключение отметим актуальность статистической физики в ее динамическом варианте. По сути, в своем наиболее развитом виде она включается непосредственно в квантовую теорию поля, но со своими особыми концептуальными акцентами.

Выводы

  • 1. Принципы термодинамики получают в современной физике статистическое истолкование.
  • 2. Макрофизика не редуцирована к микрофизике.
  • 3. Необратимость времени заключена в исходных уравнениях физической теории.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>