Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 105
Текст из файла (страница 105)
С !912 т. возглавляет кафедру теоретической физики Лей- дсиского университета. В истории термодинамики и статистической физики ои оставил большой след. Его работы в этой области относятся к обоснованию статистической механики, фазовым переходам второго рода, некоторым вопросам термодииамики. 383 Теория вероятностей и статистическая физика Развитие статистических концепций в физике, особенно в плане методологическом, во многом зависело от состояния теории вероятностей.
Естественно, что приемлемой основой в этом отношении мог быть такой математический аппарат, который сочетал в себе хорошо развитый формализм и безусловно удовлетворительную трактовку понятия вероятности с методологической точки зрения. Уже во времена основоположников статистической механики теория вероятностей была достаточно хорошо разработанной математической дисциплиной. При этом как Максвелл, так и Больцмаи указывали, что само понятие вероятности объективно, не зависит от степени человеческого знания и, следовательно, статистические закономерности столь же объективны, как и динамические.
Эту же точку зрения четко сформулировал и М. Смолуховский в своем посмертно опубликованном докладе «Понятие случайности и о происхождении закона вероятности в физикехс «Совершенно ясно, что, поскольку дело касается применения в теоретической физике, все теории вероятностей, которьсе рассматривают случайность как неосознанную частную причину, должны быль заранее признаны неудовлетворительными. Физичеысая вероятность события может зависеть только от условий, влияющих на его появление, а не от степени нашего знания» 'ь«.
Надо, однако, отметить, что в период разработки статистического обоснования термодинамики во второй половине Х1Х в, общая теория вероятностей еще недалеко ушла от той стадии своего развития, на которой ее оставили основоположники в ХУП1 в. Однако стихийно-материалистическое мировоззрение, присушее, например, Больцману, позволило ему правильно ориентироваться в лабиринте еше не отработанных и случайных понятий и определений, господствовавших в то время в этой области математики.
Естественно, что когда позже возник вопрос об обосновании статистических концепций в термодинамике, то это могло быть сделано только при наличии достаточно четкого и ясного определения самого понятия вероятности. В этом отношении прежде всего следует отметить русскую школу теории вероятностей, где благодаря трудам П. Л. Чебышева и А. А. Маркова теория вероятностей уже в 80-х годах превратилась в строгую математическую дисциплину.
Найденные русскими математиками важные вероятностные законы (закон больших чисел, предельные теоремы и др.) открывали большие возможности в решении многих статистических задач, в том числе и в области статистической физики. Но достижения русских математиков в этой области по разным причинам плохо были известны среди их западных коллег: «Если первые творцы статистической механики в течение ряда десятилетий беспомощно продирались сквозь чащу недостаточно отчетливо осознанньгх веро- 384 'ь«УФН, 1927, т. 7, в.
6, с. 131. ятностнмх концепций, то в этом в значительной степени повинно их неумение (или неаселание) изучить творения русских математиковл 1601. В последующие годы многими физиками и математиками разрабатывались, по сути дела, позитивистские трактовки как самого понятия вероятности, так и статистических закономерностей в физике. Здесь следует упомянуть А.
Пуанкаре, Э. Бореля, особенно Р. Мизеса и др. Развитие математических методов статистической физики Развитие статистической механики происходило не только в направлении обоснования ее принципов. Для решения конкретных задач необходима была разработка и соответствующих математических методов, особенно когда выяснились широкие возможности применения статистических методов в других разделах физики. Так, методы решения кинетических уравнений, имеющих большое значение в теории неравновесных процессов, разрабатывались уже самим Больцманом. Позже большой вклад внесли Т. Карлеман, А.
А. Власов, Н. Н. Боголюбов и др. Большие трудности возникали и при вычислении фазовых интегралов, с чем столкнулся уже Гиббс. Первый значительный успех в этом направлении был получен в 1926 г. Д. Дарвином и Р. Фаулером. Метод, предложенный английскими физиками, был достаточно громоздким и неудобным. Поэтому в 30-х годах Г. Урселем и Дж. Майером был применен иной, но также достаточно громоздкий, метод вычисления фазовых интегралов.
А. Я. Хинчиным был развит более простой метод, основанный на использовании предельных теорем теории вероятностей, Были разработаны и другие методы. Естественно, что отсутствие достаточно простых и надежных методов расчета значительно тормозило развитие общей' статистической теории конденсированных систем. Принципиально новые возможности открылись перед исследователями в связи с привлечением для расчетов задач статистической физики ЭВМ. В статистической физике, очевидно, как и в других науках, есть еще нерешенные проблемы.
В частности,. пожалуй, центральной остается по-прежнему проблема о построении такой теории необратимых процессов, на основе которой можно было бы проводить количественные расчеты для любого процесса. Кроме того, и проблему объяснения необратимости путем ее сочетания с обратимостью микроскопических уравнений движения также нельзя считать окончательно решенной. 25 я. м. гельФеь Часть четвертая РАЗВИТИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ И СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВА И ИЗЛУЧЕНИЯ.
ПРЕВРАЩЕНИЕ ТЕРМОДИНАМИКИ И СТАТИСТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ВО ВСЕОБЪЕМЛЮЩИЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ТЕОРИИ г л л в л хп. Рлзвитие химическои тнрмодинлмики З 37. Общие замечания. Химическая термодинамика до Гиббса Уже в работах основоположников термодинамики Клаузиуса и В. Томсона мы встречаемся с попытками исследовать некоторые физико-химические явления термодинамическими методами.
Этот факт говорит о том, что этн исследователи, пытаясь выйти за рамки традиционного предмета термодинамики — теории тепловых машин н связанных с ней вопросов — изучением свойств газов и паров, представляли себе в какой-то степени общность и широту основных термодинамическнх принципов.
С конца 70-х — начала 80-х годов, по существу, возникает процесс превращения механической теории теплоты в общую феноменологическую теорию тепловых процессов и энергетических превращений — термодинамику. Этот процесс начался и происходил достаточно интенсивно, и успехи, полученные здесь в решении конкретных технических, физических и химических проблем на этой основе были весьма'обнадеживающими.
В процессе развития термодинамики, по мере расширения диапазона применения ее начал, возникает и определенная дифференциация внутри нее самой. Намечаются определенные направления, привлекающие внимание не только физиков, но и химиков, инженеров, работающих в различных областях науки и техники. Два таких направления к концу Х1Х в. определились достаточно четко — это техническая термоди нам и к а и хи мич е с к а я т е р м о д и н а м и к а.
Техническая термодинамика явилась дальнейшим развитием старой механической теории тепла в том виде, какой она предстала в работах Карно, Клаузиуса и В. Томсона. Однако новые открытия и новые успехи в разработке теоретических ее основ позволили решать более сложные, технические проблемы. Второе направление было связано с применением термодинамических методов к исследованию явлений, протекающих в химических и, физико-химических системах (химические реакции, растворы, явления на границах фаз, электрохимические явления 386 и' т. п.). Именно это направление и оформилось в дальнейшем в обширную ветвь термодинамики — химическую термодинамику. Весьма перспективным оказалось применение термодинамики к электрическим и магнитным явлениям, которое систематически началось с 80-х годов и начало которому было положено Клаузиусом и В.
Томсоном, а позже к теории упругости и пластичности. В дальнейшем эти направления выделились также в самостоятельные разделы термодинамики. Что касается молекулярно-кинетической теории и статистической механики, расширивших свои границы несколько позже термодинамики, то здесь также были получены весьма интересные и важные результаты. Достаточно вспомнить хотя бы исследования Д. Друде и Г. Лоренца или работы П.
Дебая и П. Ланжевена в области диэлектриков и магнетизма. Таким образом, процесс превращения механической теории теплоты и статистической механики во всеобчцие физические теории лежал через практические применения их в различных областях техники, физики и химии. С другой стороны, важнейшая роль в этом процессе принадлежала и глубоким теоретическим разработкам основ термодинамики и физической статистики. Фундаментальное значение в указанном процессе имели исследования в области термодинамики и статистики теплового излучения, что привело к качественно новым и далеко идущим результатам.
Ниже в историческом аспекте будет рассмотрено развитие некоторых важнейших направлений' термодинамики и статистической физики. Следует при этом отметить, что каждое из этих направлений требует самостоятельного широкого исторического исследования. Поэтому автор остановился лишь на основных этапах, имевших большое значение в развитии физики вообще. Та область термодинамики, которая позже получила наименование химической термодинамики, оформилась в' самостоятельное направление науки в 80 — 90-х годах Х1Х в. И это естественно, поскольку основные принципы термодинамики, вначале разработанные применительно к теории тепловых машин„не могли быть сразу перенесены на столь далекую от тепловых машин область, каковой являлись химические явления и процессы. «Пути применения термодинамики к химии были еи1е не ясны, так Как предстояло перейти от традиционного предмета термодинамики (двиясущая сила тепловых машин) к новой области — химическому равновесию» 123, о 121. Выход за рамки своего традиционного предмета в конечном итоге привел к тому, что термодинамика стала «г(арствовать бог лее чем над половиной физики»'.
Многие факты и явления, позже органически вошедшие в химическую термодинамику, были известны еше задолго до ее создания. Отметим некоторые из них. Здесь прежде всего следует указать, что учение о химическом сродстве в конце ХЧП1 в.
стало ' Л орска Г. А. 'Статистические теории в термодинамике. Мп 1935, с. 9. 25« 387 развиваться в двух направлениях — в виде учения о химическом равновесии и учения о тепловых эффектах химических реакций. По-видимому, Лавуазье первый высказал мысль о равновесии «химических сил». Развитую теорию химического равновесия мы впервые находим в трудах К. Бертолле. Отвергая метафизическую концепцию неизменного химического сродства, французский химик высказывает замечательную идею, смелую и новую по тому времени: химическая реакция — это процесс подвижного равновесия, где одновременно идут процессы в двух направлениях, и что химическая реакция — это непрерывный и обратимый процесс. Если вспомнить, что в этот же период (конец ХУП1 — начало Х1Х в.) Прево развивал свою теорию подвижного теплового равновесия, то можно сказать: общая идея подвижного равновесия овладевала умами передовых естествоиспытателей, сумевших подняться выше укоренившихся понятий и догм и смело ломавших их.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
