Терлецкий Я.П. Статистическая физика (1994) (Терлецкий Я.П. Статистическая физика (1994).djvu), страница 59

е. квантовая теория поля) является статистической теорией, связывающей одни макроскопически наблюдаемые величины с другимие. Итак, термодинамическая концепция предполагает абсолютную справедливость ирьагципа причинности и представления о необратимой направленности во времени любых макроскопических процессов. Сама эта концепция может быль представлена как вытекающая нз постулата необратимой направленности времени, который можно рассматривать как дополнительную аксиому, уточняющую представление о времени, вытекающее нз механики и других обратимых законов микродвижения.

При таком подходе термодинамическая концепция эмопионально аргументируется нашими чувственно наглядными представлениями о необратимом течении времени. Несмотря на всю наглядную очевидность принципа причинности и представления о необратимом течении времени, их абсолютизация, эквивалентная априорному принятию термодинамической »Этим, по-эвдвмому, объксвлетск некоторый успех «двсперсвовпых соотвопшвий» е теорви элементарных процессов, кэво используюшвх принцип причвпвоств е той области явлений, где ов, казалось бы, не имеет ввкакого значение ээвду абсолютной обратимости таковое деивешш элементарных частиц.

концепции, представляет лишь физический постулат, справедливость или ошибочность которого прежде всего может быль проверена логическим анализом следствий, вытекающих из противоположной концепции, отрицающей этот постулат, т. е. из динамической концепции. Согласно динамической концепции, рассматривающей законы классической термодинамики лишь как ограниченно применимые к определенного типа динамнческнм мнкросистемам, принцип причинности и определенная необратимая временная направленность макроскоцических процессов, так же как н закон возрастання энтропии, могут иметь ограниченную область применимости.

Динамическая концертная донускает макроскопические нроцессы, нрогнекаиниие с убыванием эюпроиии, т. е. развивающиеся понятно во времени, как в кинофильме, пущенном в обратном направленни. Для такого рода процессов причины не могут рассматриваться предшествующими следствиям, т. е.

нарушается прннцип причинности в той его формулировке, к которой он применяется в физике. Действительно, представнм себе процесс, обратный диффузии частиц краски, взвешенных в жидкости. Хаотически распределенные в жидкости часпщы краски без каких-либо внешних снл только вследствие толчка окружающнх молекул начинают собираться к определенному центру. Такой процесс хотя и обусловлен определенным начальным распределением координат и импульсов всех молекул жидкости, однако с макроскопнческой точки зрения он представляется лишь случайной флуктуацней, не вызванной какнмн-либо макроскопнческнми причинами, ибо макроскопнчески обусловленным считается только прямой процесс диффузии, когда краска, первоначально собранная в некоторой точке, с течением времени равномерно заполняет объем жидкости.

Обратные макроскопнческне процессы, подобные описанному выше„в принципе допускаются в статистической физике, ограничиваемой термодинамнческой концепцией. Однако они оказываются настолько маловероятными, что фактически никогда не могут осуществиться, ибо периоды их случайного возникновения намного превышают время существования не только такого рода систем, но и всей видимой Вселенной.

Поэтому в термодинамнческой концепции н считается практически невозможным макроскопнческое нарушение закона возрастания энтропии за счет случайных флуктуаций. А следовательно, невозможно и нарушение принципа причинности и осуществление макроскопнческих систем с «обратным теченнем времени». Принимая же динамическую концепцию, мы не только допускаем'принципиальную возможность осуществления во Вселенной обратных процессов, идущих с убыванием энтропии, но н имеем возможность теоретическн исследовать те условия, в которых онн могут осуществляться.

Как мы уже внделн (см. 9 37 и 50), в больших гравитнрующнх системах могут осуществляться заметные отступления от класснчес- зва кой термодинамики и гигантские флуктуации, так что во Вселенной могут возникать космических масштабов области, в которых энтропия убывает, а не возрастает. В таких областях все макроскопические процессы должны протекать понятно во времени, подчиняясь не нашему земному принципу причинности, а обращенному принципу причинности, согласно которому не причины предшествуют следствиям, а, наоборот, следствия предшествуют причинам, если при этом моменты времени регистрируются по нашим земным часам. В этих областях действует, с нашей — земной — точки зрения, не причинность, а антипричинность.

Однако с токи зрения воображаемых, находящихся там наблюдателей наши земные процессы предстанлялись бы антипричинными. Благодаря гигантским масштабам таких флуктуаций мы не можем рассчитывать обнаружить области с попятным течением макроскопических процессов где-то вблнзи Солнечной системы. Следует также заметить, что такие области было бы затруднительно наблюдать обычными астрономическими средствами, так как находящиеся в них звезды не излучают в окружающее пространство потоки света или радиоволн, а наоборот, поглощают их, ибо все макроскопические процессы, в том числе и излучение самосветящихся объектов, протекают понятно во времени.

Такие звезды должны выглядеть «более черными», чем окружающее их пространство. Если бы в подобных, обращенных во времени мирах существовали живые существа, то время представлялосЬ бы им направленным обратно нашему земному времени. С такими существами мы не могли бы, как это заметил Н. Винер, установить связь и обмениваться информацией. Действительно, посылая информацию в обращенный во времени мнр, мы предполагаем, что это приведет к увеличению информации находящихся там существ. Но в том мире это увеличение будет протекать попятно во времени, т, е.

будет не увеличением, а уменьшением информации. Следовательно, никакая система связи с обращенными во времени мирами не может отвечать своему назначению увеличивать взаимную информацию связывающих существ. Другая возможность нарушения принципа причинности предоставляется, если допустить существование частиц отрицательной массы, не запрещаемых динамической концепцией. Очевидно, энергия системы, излучающей частицу отрицательной массы, увеличивается, а энергия системы, поглощающей такую частицу, уменьшается. Таким образом, процесс испускания частицы отрицательной массы вызывает в излучающей системе такое же действие, какое в ней может вызвать процесс поглощения аналогичной частицы положительной массы. И наоборот, поглощение частицы отрицательной массы для поглощающей системы эквивалентно испусканию подобной частицы положительной массы.

Следовательно, непускание частицы отрицательной массы системой А в момент времени б и ее поглощение системой З в более поздний момент 349 г, приведет к тшим же действиям в этих системах, какие могут быть вызваны излучением системой В в момент г1 аналогичной частицы положительной массы и поглощением такой частицы системой А в момент времени хь Но гз>гь а процесс испускания не может рассматриваться как спедствие процесса поглощения.

Однако результирующее действие на системы а и В процесса обмена частицей отрицательной массы будет таким же, как если бы причина (испускание энергии системой В) произошла не раньше, а позже следствия (поглощение энергии системой А). Итак, при помощи часпщ отрицательной массы действительно могли бы быть осуществлены процессы, которые будут представляться нам как идущие понятно во времени, с нарушением макроскопического принципа причинности.

Частицы отрицательной массы вообще вели бы себя очень странно с точки зрения наших привычных макроскопических представлений. Если такая частица, взаимодействуя с окружающей средой, испытывала бы сопротивление трения, то она должна была бы непрерывно ускоряться, а не замедляться, как обычная частица. И все это благодаря тому, что отрицательные массы вообще противоречат привычной классической термодинамике.

Заметим, однако, что современная физика заставляет нас привыкать к аналогичным необычным процессам. Известно, например, что обычная свободная частица положительной массы, взаимодействуя с термостатом, имеющим отрицательную температуру, будет также не замедляться, а ускоряться, так как такое взаимодействие приводит к возникновению отрицательной силы трения. Этот принцип открывает широкие возможности для разработки новых типов ускорителей элементарных частиц. Этот же принцип лежит в основе действия квантовых высокочастотных усилителей и генераторов когерентных пучков света (мазеры и лазеры). Во всех этих устройствах осуществляется отрицательное трение, обусловливаемое взаимодействием с термостатом отрицательной температуры. Подобные антидиссипативные процессы становятся возможными только благодаря тому, что термодинамика систем с отрицательнымн температурами допускает осуществление двигателей второго рода, категорически запрещаемых классической термодинамикой, исключающей отрицательные температуры.

Умбное юдаиие Теушепкай Яков Петрович СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА Ведупшй редактор Г. Н. Червьппева Худоыввк В. Н. Волков Худоыествеввый решштор Т. А. Колевкова Тезввчсские редакторы А. К. Нестерова, И. А. Грокочввскал Корректор Г. И. Кострвкова ИБ Уй 9359 ЛР 010146 от 25.12.91. Изд. Уй ФМ вЂ” 68. Сдаво в ввбор 14.09.92. Поди. в печать 18.08.93. Формат ббх88/М. Бум. таи. М 2. Гарввтура лвтаратураез. Печать сбсстваа. Обым 21.56 уск. псч. л. 21,56 угл. кр:отт.

19,09 уч:азд. л. Тараи 5000 ззз. Заказ йй 180. Издательство «Высшее ишош», 101430, Мсшва, Геуье, Нсгливизз ул., д. 29/14 Набрало ва лсрсовальвыз комльготсрвз издательства Отвсчатаво в мошозской пшогребши м 8 коматсте Российской емдсуевва ло еечатв, 101898, Мосзаа, Цевтр. Хозловсзий лср„у. 1БВХ 5-06-002319-2 В кмпе дакии соеремсивое азлоиеаие статвстаческой Фюикв, включав тсрмодвва. маку. В ссиоеу юлоиевик полопав статаствческий метод Гиббса, кек наиболее строгай и псследовательвый а статистюеской Фивме.

По жтолу Гиббса взлжаетсе ю толюс классвческаа и квввтокав теории раввовозык состоаввй, ао а теорва Флуктуапий включал теораю броувовского ымиаввз, а тюке вопросы Фюичесаой ымствки. В отличие от луедыдупыго юдеиик (1руз го е кинге доствточво колко иымгаетю тсрмодвввмака раавовесвык осстолиий, а телке псковы всраввоюсвай термолвиамвкв. 1604030000 — 005 т Бей 00110Ц вЂ” йб ББ1с 33З17~ 530Д Терлецкий Я. П. Т35 Статистический фиалка: Учеб. пособие для вудов. — 3-0 изд., испр. и доп. — М.: Высш.

шк., 1994. — 350 с.: ил. .