Ансельм А.И. Основы статистической физики и термодинамики (1185105), страница 2
Текст из файла (страница 2)
п.). Нет ни одного раздела теоретической физики (кроме, конечно, теории элементарных частиц), в котором существовала бы ббльшая неясность и разноречивость в интерпретации и обосновании основных положений, чем в статистической физике. По этому поводу известный японский теоретик Риого Кубо пишет в своей книге «Статистическая механика» (Изд. «Мир», М., 1967): «Физика занимает ведущее место среди точных наук, а статистическая механика является одним из ее главных разделов. Если теперь мы скажем, что в обосновании статистической механики имеется многонеясностей, то это может вызвать удивление и недоумение читателя.
Работая сам в этой области, автор настоящей книги чувствует некоторую неловкость, но положение действительно таковож Читатель должен иметь это в виду, так как изложение некоторых вопросов в настоящей книге не совпадает с традиционным. Структура книги и ее содержание видны из оглавления. Я хотел бы только отметить, что в соответствии с требованиями, которые, с моей точки зрения, должны предъявляться к современному учебнику, квантовая статистическая физика излагается параллельно классической, поэтому для чтения книги необходимо знание элементов квантовой механики (что именно требуется из квантовой механики — видно по ссылкам к главам П1 и 1Х).
Поскольку книга в основном предназначается для студентов, для экспериментаторов и для самообразования, она не содержит многих важных, но сложных вопросов современной статистической физики. Библиографические ссылки, как это обычно имеет место в учебниках, весьма немногочисленны и служат только для пояснения основного текста. При написании книги я использовал, кроме своих лекций, ряд учебных пособий и монографий, причем в первую очередь: М. А.
Л ео н т о в и ч, Статистическая физика, Гостехиздат, М.— Л., 1944; Ке р зон Х у а н г, Статистическая механика, Изд. «Мир», М., 1966; Л. Л а н д а у и Е. Л и ф ш и ц, Статистическая физика, Гостехиздат, М. — Л., 1961; Р. К у б о, Статистическая механика, Изд. «Мир», М., 1967; К.
В е с к е г, ТЬеог!е бег Жагше, ЗрНпяег-Чег!аи, 1964; А. Н. % 11 з о п, ТЬегшобупаш!сз апд 61а1!з!!са! МесЬап!сз, СашЬг!аде оп!ч. Ргезз, 1966; Дж. У л е н б е к и Дж. Ф о р д, Лекции по статистической механике, Изд. «Мир», М., агаднсловне 1965; М.
А. Л е о н т о в и ч, Введение в термодинамику, Гостехиздат, М.— Л., 1951. Однако более всего я обязан Юрию Николаевичу Образцову, обсуждения и дискуссии с которым сыграли существенную роль в формулировании моих окончательных взглядов по ряду основных вопросов статистической физики.
Ю. Н. Образцов не только внимательно прочел всю рукопись книги, сделав большое число важных замечаний, способствовавших ее улучшению, но ему принадлежат основные идеи, легшие в основу изложения. 5 3 главы Ш, 9 10 главы Ч1П, $ 2 главы Х. Я и здесь выражаю ему за это свою искреннюю благодарность. Конечно, ответственность за книгу несу я один. Я благодарю также моего официального рецензента В.
И. Переля за ряд ценных замечаний, которыми я воспользовался при окончательной обработке рукописи. В книге принята самостоятельная нумерация параграфов в каждой главе. Параграфы разбиты на пункты. Ссылки на формулы из другой главы содержат римскую цифру — номер этой главы. Все замечания и пожелания, которые будут мною с благодарностью приняты, просьба направлять по адресу: Ленинград К-21, Политехннческая ул. 26, Физико-технический институт им. А. Ф.
Иоффе АН СССР. А. Ансельм Глава ? Введение $ 1. Краткий очерк развития кинетической теории материя и термодинамики 1. Уже за четыре века до нашей эры греческие философы Демокрит из Абдеры и его друг Левкипп учили, что все сущее — земля, вода, воздух, огонь„животные и наше собственное тело — состоит из мельчайших, одинаковых, неизменных частиц, которые они называли атомами (по-гречески а1опюз — неделимый). Все явления и изменения, происходящие в окружающем нас мире, приписывались движению неизменных атомов. То же самое учение развивали и другие философы древности, например Эпикур, живший в Греции за три века до нашей эры. Идеи Эпикура были изложены римским поэтом Лукрецием Каром (99— 55 гг.
до н. э.) в его знаменитой поэме «О природе вещейм До того как существование атомов было, в начале двадцатого века, подтверждено прямыми опытами, атомистические представления выдвигались либо для удовлетворения философской идеи— сведения всего многообразия и изменчивости мира к движению некоторых неизменных элементов, либо в конструктивных целях— для объяснения совокупности фактов с единой точки зрения. Философы древности руководствовались при выдвижении атомистических представлений в основном философскими соображениями, что представляется естественным, так как в их распоряжении было слишком мапо научных фактов. Не следует поэтому переоценивать достижений древних атомистов. Демокрит, например, довольствовался следующим туманным утверждением: «Душа состоит из тонких гладких и круглых атомов, подобных атомам огня».
2. По-видимому, одним из первых научных высказываний о кинетической природе тепла ')была работа М. В. Ломоносова «Размышления о причине теплоты и холода» (1744 — 1?47 гг.), в которой он пишет: «Хотя в теплых телах нередко не видно какого-либо движения, однако последнее часто проявляется по своему действию... Нельзя также отрицать движение там, где глаз никакого не видит: з) Представление, что теплота есть не вещество, а движение мельчайших частиц, встречается в виде намеков уже у современника Ньютона — англичанина Роберта Гука в его «Микрографии», изданной в !665 г.
10 [гл. ! ввкдкннк кто будет отрицать, что движутся листья и ветви деревьев в лесу при сильном ветре, хотя издали он и не заметит никакого движения. Как здесь из-за отдаленности, так и в горячих телах вследствие крайней незначительности частичек движущегося вещества — движение скрывается от взора; в обоих случаях угол зрения так мал, что ни самые частички, ни их движение нельзя увидеть». В это же время швейцарский механик и математик Даниил Бернулли, работавший одно время в Петербурге, выпустил в Страсбурге книгу «Гидродинамика» (1738 г.), в которой он вывел выражение для давления газа, рассматривая столкновения его атомов со стенками сосуда; он показал, что давление газа равно 2!3 кинетической энергии атомов, эаключенных в единице объема (см. далее, гл.
П, з 6). К сожалению, дальнейшее развитие кинетическая теория материи получила только через сто лет, т. е. в середине девятнадцатого века, в работах Рудольфа Клаузиуса, Джемса Кларка Максвелла и Людвига Больцмана. В начале девятнадцатого века атомистические представления получили мощную поддержку со стороны химии, в работах английского химика Джона Дальтона ').
К этому времени уже было установлено понятие химического элемента и химического соединения. Огромной заслугой Дальтона явилось то, что он показал, как просто объясняются законы сохранения вещества, постоянства весового состава химического соединения и простых кратных отношений, если предположить, что каждый химический элемент состоит из одинаковых атомов определенного веса. Применение атомистических представлений в химии — типичный пример использования их в конструктивных целях, для объяснения совокупности научных фактов с единой точки зрения.
Тщательная работа химиков позволила установить относительные веса атомов элементов (атомные веса), но не дала ключа к определению абсолютных весов (масс) атомов. Тот факт, что абсолютные веса атомов были определены физиками только в начале двадцатого века, т. е. сто лет спустя, связан с невероятно малой массой атомов, порядка 10 " — 10 " г. «Взвешивание» таких малых количеств вещества потребовало применения совершенно новых методов физического исследования. Малость атомов, линейные размеры которых порядка 1О ' см, может быть наиболее ярко демонстрируется примером, данным известным английским физиком лордом Кельвиным. Если пометить все молекулы в стакане воды, — говорит Кельвин, — а затем равномерно размешать эту воду во всех океанах н морях Земли, то стакан ») Одним из предшественников Дельтова был англичанин Роберт Бойль, который в опубликованной в !661 г. иниге «Скептический химик» описал с ато.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
