Второе начало термодинамики Сади Карно, В.Томпсон, Р. Клаузиус, Д. Больцман, М. Смолуховский, страница 3

Согласно Больцману, всякое, хотя бы н мало вероятное, состояние должно повторяться. Следовательно, если мы ладим двум порциям газа, скажем, кислороду и азоту продиффундировать друг в друга, то рано или поздно онп должны снова разде.иггься. Вольцман ответил на зто возражение тем, что подсчитал, как велика вероятность, при которой молекулы внутри некоторого объема газа вернутся почти в точности на те же места, которые они занимали з некоторый определенный момент. Вероятность эта оказалась настолько малой, что практически она мало чем отличается от невозможности. Однако нз это можно было возразить следующим образом.

В огромном большинстве случаев нам совершенно не важно, что именно те же сомые молекулы вернулись на те же самые места. Если па нх место будут другие молекулы и онп будут иметь те же самые скорости, то мзкроскопнческп, т, е. в масептабе, доступном непосредственному наблюдению, мы получим то же самое событие, какое получилось бы, если бы на свои места вернулись те же самые молекулы, которые когдато там быпн. Таким обрезом данно~ макроскопическое событие может 12 л.

к. тимигязвз быть осуществлено огромным числом способов, огромным числом микроскопически различных группировок из очень болыпого числа молекул. Поэтому мало вероятные события, по теории Больцмана, могли бы даже происходить чаще, чем думал Больцман, и чаще, чем это на самом деле бывает. Ответ на этот вопрос дают замечательные работы Смолуховского. Смолуховский как раз выработал методы подсчета вероятности для ряда макроскоппческих, маловероятных событий и указал, как можно эту теорию проверить на имеющемся уже экспериментальном материале. Так Смолуховский показал, что если мы будем изучать под микроскопом изменения числа брауновских частиц, видимых в определенном участке поля зрения, скажем, для случая, когда среднее число частиц будет», = 1,55 (этот случай соответствует одному ряду наблюдений Сведберга), то можно по теории подсчитать, через сколько времени мы будем наблюдать О, 1, 2, 3, 4, 5 пли 6 частиц (см.

настоящий сборник работы Смолуховского). Подсчитанные таким образом промежутки времени можно сопоставить с тем, что вытекает из данных опыта. До 4 частиц данные опыта и вычислений хорошо совпадают, для 5, 6 н 7 общее время наблюдениИ было коротко, так как на протяжении 518 наблюдений Сведберга число 6 встречается два раза, а 7 только один раз. Что показывают этн числау Если мы в данную часть поля зрения, где происходит подсчет (прн среднем значении», = 1,55 для всего препарата), поместим, скажем, 5 частиц, то этот избыток <концентрацив» путем диффузии в ближайшее же время «выравпяется». Буде' ли этот процесс необратимыму На это Смолуховский дает ответ: ни да ни нет.

Процесс будет обращающимся. В самой природе движения заложены условия, при которых число 5 будет появляться через определенные промежутки времени. Но пойдем дальше, возьмем число частиц равным 10. Оказывается, что число 10 будет повторяться один раз в несколько месяцев. Однако таких явлений мы не наблюдали, но могли бы наблюдать, если бы автоматически регистрировали числа появляющихся частиц на фотографической ленте. Для этой цели опыт пришлось бы вести в течение 1 — 2 лет, н для подтверждения теории надо было бы еще продлить эту рогпстрзцшо, так как пришлось бы собрать хотя бы около десятка таких повторении число в 10 частиц. Таким образом н этот случай диффузии мог оказаться для нас обращающимся.

Наконец, если мы подсчитаем, как часто появляются в поле зрения 17 частиц (нрп среднем числе», = 1,55), то мы получим следующнв ответ: один раз в 50 000 лет! Ясно, что для ««ас этот процесс необратим. Если бы мы, поместили в поле зрения искусственно 17 частиц, то пришлось бы ждать 50 000 лет, пока «самп собой» частицы соберутся в этом же месте (это, конечно, будут другие) в том же чпсле. Ясно, что этп работы в полной морс выясняют всю относительность вонятня неооратпмого процесса. Ясно также, что этп работы в корне подрывают так называемую тооршо «тепловой смерти».

По этой причине работы Смолуховского нясют громадное философское значение Отсюда ясно, что реакцпоппоо идеалистическое течение в современной пгедиолозик «ризике, возглавляемое некоторыми весьма крупными представителями теоретической физики с Джинсом и Эддпнгтоном во главе, не будучи в состоянии противопоставить хоть какое-либо возражение против работ Больцмана и Смолуховского, попросту замалчивают эти работы, заявляя, что против теории «тепловой смерти> не было выдвинуто наукой ни одного возражения. Ввиду огромного методологического значения, какое представляют работы Смолуховского, мы даем в настоящем сборнике перевод всех его основных работ, касающихся вопроса о связи обратимых н необратимых процессов, опустив две, менее существенные, работы, касающиеся некоторых деталей.

Этп работы снабжены переводом примечаний проф. «Рюрта, являющегося одним из продолжателей и последователей Смолуховского. Они впервые были напечатаны в издании «Оствальдовских классиков>. В заключение остановимся на краткой характеристике всех приводимых в настоящем сборнике работ. Первал работа — работа Карно «Размышление о движущей силе огня» представляет болыпой интерес как первая попытка подойти к тем закономерностям, которые составляют содержание второго принципа термодинамики.

Любопытно, что Карно получил в основном правильные результаты, хотя имел ошибочные взгляды на природу тепла. Перевод исследования Карно и примечания перепечатываются в том виде, как они были напечатаны в первом издании 1923 г. под редакцией и с примечаниями проф. В. Р, Бурсиана и проф. Ю. А. Круткова. Далее следуют четыре главы из «Механической теории тепла» Клаузиуса, где излагаются основы термодинамики; ввиду того что у Клаузиуса в главах, посвященных второму принципу, много ссылок на первые главы, где даются математическое введение и изложение первого принципа, мы даем перевод первых четырех глав полностью.

Изложение Нлаузиуса отличается необыкновенной ясностью и ни в каких примечаниях не нуждается. Почти одновременно с Клаузпусом разработкой основ термодинамики занимался один из крупнейших физиков Х1Х в., а именно— Внллиам Томсон (Кельвин). Мы приводим отрывок из его большой статьи «Динамическая теория тепла» и две небольшие статьи, связанные с вопросом о рассеянии энергии. Томсон, в отличие от Клаузиуса, особенно подчеркивает ту мысль, что второй принцип термодинамики отражает процесс рассеяния энергии. Именно в этом и заключается существенная особенность данного Томсоном истолкования второго принципа термодииампкп.

В смысле изложения работы Томсона написаны далеко не так ясно, как у Клаузиуса. По существу работы Томсона представляют в значительной своей части сейчас лишь исторический интерес. Так как вопрос о связи энтропии н вероятности является центральным вопросом статистического истолкования, то мы в настоящем сборнике приводим 9 3 — 8 гл. 1 из книги Больцмана «Лекции по кинетической теории газов>, где дается в наиболее простой и ясной форме изложение классических работ самого Больцмана. А.

к. тимигязнв В качестве приложения иы приводим З»4 из статьи Больцманз. и Набля (появившейся после смерти Больцмана), взятой из т. %' «Энциклопедии математических наук», где в очень сжатой форме подводится итог работам Больцмана в рассматриваемой области. Наконец последняя часть сборника посвящена работам Смолуховского, устанавливающим с исчерпывающей полнотой пределы приложимости второго принципа в его классической формулировке и вскрывающим всю относительность наших обычных представлений о необратимых процессах. Медленное распространение взглядов Смолу ховского можно объяснить лишь тем, что они в корне пресекают те реакционные, идеалистически-поповские течения, которые усиленно распространяются сейчас в Западной Бвропе и Америке, и задача которых с помощью подогревания теории «тепловой смерти» и полного игнорирования достижений современной науки заставитьфальсифццированную таким путем науку стать «служанкой теологии» (Апс111а сйео1оа1ае).

Никто не сомневается, что теплота может быть причиной движения, что она даже обладает большой двигательной силой: паровые машины, ныне столь распространенные, являются этому очевидным доказательством. Т:плотедолжныбыть приписаныте колоссальные движения, которы. поражают наш взгляд на земной поверхности; она вызывает движения атмосферы, поднятие облаков, падение дождя и других осадков, заставляет течь потоки воды на поверхности земного шара, незначительную часть которых человек сумел применить в свою пользу; наконец землятрясения и вулканические извержения также имеют прйчиной теплоту. Из этих огромных резервуаров мы можем создавать движущую силу, нужную для наших потребностей; природа, повсюду предоставляя горючий материал, дала нам возможность всегда и везде получать тецлвту и сопровождающую ее движущую силу.

Развивать зту силу н приспособлять ее для наших нужд — такова цель тепловых машин. Изучение этих машин чрезвычайно интересно, так как их значение весьма велико и их распространение растет с каждым днем. Повидимому им суждено сделать большой переворот в цивилизованном мире. Тепловая машина уже обслуживает наши шахты, двигает наши корабли, углубляет гавани и реки, кует железо, обрабатывает дерево, мелет зерно, ткет и прядет наши ткани, переносит самые тяжелые грузы и т. д.