Терлецкий Я.П. Статистическая физика (1973) (1185097), страница 35
Текст из файла (страница 35)
С другой стороны, состояния с нулевой температурой +О и — 0 существенно различны и между ними нет непрерывного перехода. Действительно, согласно (51.4), температуру, т. е. в соответствии с третьим началом термодинамини. Система, имеющая отрицательную температуру, приведевная в тепловой контакт с телом положительной температуры, будет далее уменьшать свою температуру, отдавая тепло этому телу. Таким образом, с системой отрицательной температуры осуществляется спонтанный процесс, идущий вопреки постулату Клаузиуса, и, очевидно, может быть осуществлена тепловая машина второго рода, создающая работу за счет дальнейшего охлажления теплового резервуара ниже температуры самой холодной части окружающей среды.
Следует, однако, заметить, что построить какой-либо вечный двигатель второго рода с рассмотренного выше типа системамн невозможно, так как система с отрицательной температурой, из иоторой черпается энергия, в состоянии отдать лишь ограниченный ее запас, поскольку ее энергия не может опуститься ниже минимального значения Е„оа. Возможность осуществления тепловой машины второго рода при наличии теплового резервуара отрицательной температуры непосредственно видна нз формулы Найквиста (или ее квантового обобщения— флуктуационно-диссипационной теоремы). Действительно, согласно (28.18), (28.19) произведение температуры иа коэффициент трения (или омическое сопротивление) всегда положительная величина. Следовательно, при отрицательной теьгпературе коэффициент трения должен быть танже отрицательным.
Но частица, двн;кущаяся в среде с отрицательным коэффициентом трения (т. е. с отрицательной диссипацией) будет не уменьшать, как обычно, а увеличивать свою нинетическую энергию за счет энергии среды. Иначе говоря, тепловой резервуар отрицательной температуры будет совершать над частицей положительную работу, без отдачи какого-либо тепла второму телу. Но это и есть термодинамическая машина второго рода, совершающая работу за счет тепла черпаемого из е д и н с т в е н н о г о теплового резервуара, без отдачи тепла холодильниху.
Теоретически возможно представить еще один тип систем, имеющих равновесные состояния с отрицательной температурой. Таковыми могут быть системы, имеющие предельную максимальную энергию и неограниченную минимальную, т. е. ьь ч, Еь ч. Е (51.! О) Такого рода системы экспериментально еще не наблюдались. Одпано они допустимы в динамичесной концепции, Так, например, гипотетические системы, состоящие из частиц отрицательной массы, рассматривавшиеся в предыдущем параграфе, удовлетворяют условию (51.10). Г!ри выполнении условия (5!.10) сумма состояний (51А) сходится только при (51.11) В<0 и расходится при 6 ) О.
Следовательно, такая система может находиться в терлюдинамическом равновесии только при отрицательных температурах. Если систему типа (51.10) привести в тепловой контакт с обычным телом, удовлетворяющим условию (51.2), то она непрерывно будет отдавать этому телу энергию, охлаждаясь до все более низких отрицательных температур. Таким образом, мог бы быть осуществлен неограниченный 321 энергетический источник, который действовал бы как вечный двигатель второго рода. С точки зрения термодинамнческой концепции машина такого рода запрещена, а поэтому запрещаются и вообще системы типа (51.!0). Однако динал|ическая концепция не исключает подобного рода процессы.
Не исключено, что наблюдаемые во вселенной сверхмощные источники энергии (радиогалактики, квазары и т. п.), которые пока не удалось объяснить какими-либо известными механизмами ядерных превращений, являются своеобразными машинами второго рода, черпающими энергию из образующихся в них частиц отрицательной массы. Тот факт, что частицы отрицательной массы не обнаружены еще экспериментально, может быть объяснен хотя бы тем, что они не могут быть зарегистрированы приборами, предназначенными для обнаружения частиц положительной массы. Действительно, частица положительной массы, поглощаясь или тормозясь в регистрирующем приборе, сообшает ему некоторую энергию, приводящую его в действие. Поглощение же или торможение частицы отрицательной массы может ориаестн лишь к уменьшению энергии прибора.
Таким образом, обычные приборы могли бы регистрировать лишь процессы испускания из них частиц отрицательной массы, однако все они сионструированы для улавливания частиц, а не как устройства, их генерирующие. % 52, Навравиеннесть времени, врнинии врнчнинести в втврае йачаиа термадииамини Из повседневной макроскопической практики нам хорошо известно, что макроскопические процессы протекают направленно во времени: от прошедшего через настоящее к будущему.
В нашем сознании это выражается в представлении о направленном течении времени, о безвозвратно уходящем прошедшем, в котором все абсолютно неизменно, и о наступающем будущем, в котором все еще неопределенно и иа которое мы можем влиять, осуществляя принятые решения и проявляя волю. Будучи физиками, мы, однако, не можем считать это укоренившееся в нашем сознании представление о времени действительно отражающим его абсолютные свойства, точно так же, как до опытного подтверждения факта шарообразности земли истинные ученые не должны были считать очевидное представление о верхе и низе выражающим некоторое абсолютное свойство трехмерного пространства. Физика имеет сейчас достаточное число аргументов против каиого бы то нн было абсолютизирования положения о необратимой направленности времени.
Более того, оказывается, что большинство аргументов в пользу абсолютной необратимой направленности времени черпаются не из физики, а из других областей знания, включая историю, психологию, а также некоторые общие философские концепции. Известно, что законы механики, электродинамики, ивантовой механики и вообще все элементарные законы движения абсолютно обратимьг ао времени. Замена времени Г на — Г не изменяет уравнений движения, выражающих эти законы, Поэтому существуют тождественные пары решений этих уравнений г (Г) и г ( — Г), Е (х, у, г, 1) и Е (к, у, г, — Г), ф (х, у, г, Г) и ф* (х, р, з, — Г) и т. д., выражаемые одними и теми же функциями.
Последнее же означает, что любой элементарный физический процесс может быть осуществлен как в прямом направлении 222 течения времени: от прошедшего к будущему, так и в обратною, или попятном. Следовательно, для элементарных физических процессов с одинаковым правом может быть выбрано как прямое течение времени, так и обратное, ь Направление течения времени физически выделяется лишь для необратимых мзнроскопических процессов. Уравнение теплопроводности, уравнение диффузии, гидродинамические уравнения Навье— Стокса и т. д, необратимы во времени, т. е.
замена ! на — Г приводит к иным уравнениям дввжения с иными знаками некоторых коэффициентов. Тан, например, замена знака времени в уравнении дг4фузии изменяет знак коэффициента дкффузии О, в уравнении теплопроводностн — ноэффициеьта теплопроводности и т. п. Таким образом, лишь с диссипативными макроскопическими процессами может быть связано определенное, так сназать необратимо направленное течение времени. В наиболее общем виде направленность во времени макроскопических необратимых процессов выражается законом возрастания энтропии. Процессы теплопроводности, диффузии, вязкого трения и другие необратимые процессы сопровождаготся возрастанием энтропии. Процессы, протекающие в нашем организме, в том числе процесс запоминания, также связаны с неизбежным возрастанием энтропии *".
Таким образом, закон возрастания энтропии, будучи общим физическим законом необратимости макропроцессов, обуслоьливает качественное отличие будущих собьпий от прошедших, что нами и воспринимается как необратимо направленное течение самого времени. Представление о необратимо направленном течении времени связывается также с принципом причинносгли. Считается, что само время должно быть необратимо направленныъг, чтобы принцип причинности мог трактоваться как некоторый всеобщий, нигде не нарушаемый запои природы. Нетрудно, однако, увидеть, что при этом принцип при шнности понимается, как некоторое утверждение, связанное с априорным выбором определенного направления течения времени, и, таним образом, ссылка на принцип причинности является лишь своеобразной маскировной постулата о необратимой направленности времени, пере.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
