Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Э. Бауэра, а также: Три нчер К. С. Биология н информация. М., 1965. и' Лоренц Г. Статистические теории в термодинамике. М.— Л., 1935,с.9. '" Л э у э М. История физики. М., 1956, с. 110. Я. М. Гельфер 257 во-вторых, нет такого процесса в природе, к которому этих начал нслеэя было бы применитьэ нт, А акад. А. Ф. Иоффе в своих воспоминаниях прямо говорит; еПомнится, что термодинамику и в особенности статистическую физику я воспринимал... как конкретное развитие идей диалектического материалиэлюэ и'.
Сопоставляя все эти оценки и высказывания, мы видим глубокую эволюцию взглядов на предмет и значение термодинамики. В какой-то мере эту эволюцию можно проследить, сравнивая определения термодинамики как науки, даваемые различными учеными в различные периоды ее развития. Во всех без исключения учебниках и монографиях в первый период развития термодинамики последняя неизменно определялась как наука о взаимосвязи между теплотой и механической работой. В этом определении нашел свое отражение тот факт, что термодинамика возникла и сформировалась под влиянием чисто утилитарных технических запросов первой половины Х1Х в. Ее задача усматривалась главным образом в изучении тех явлений и процессов, которые непосредственно связывались с работой тепловых машин.
Именно в таком духе определяется термодинамика у Рюльмана: это наука о «мехапических действиях тепла и механических процессах, производимых теплотойэ ыэ. Однако с течением времени область применения законов термодинамики расширяется. Это расширение становится возможным благодаря возникновению новых методов, новых идей и новых понятий.
В сферу термодинамики попадают уже не только вопросы взаимопревращения теплоты и работы, но также и ряд других явлений из различных областей физики и химии. Ее значение как важнейшей и достаточно общей физической теории, способной объяснить многие явления природы, становится все более и более ясной. Параллельно с расширением области применения возникают важные теоретические вопросы. 1.
Каковы границы действия термодинамических законов и понятий? 2. Каков физический смысл основных термодинамическнх законов и понятий, в частности понятия энтропии? 3. Исчерпываются ли основы термодинамики только двумя началами? 4. Возможно ли распространение термодинамического метода на неравновесные процессы? 5. Приложимы ли методы термодинамиков в такой же степени к живым объектам, как и к неживым? Возникали, естественно, и другие вопросы. По мере того как находились ответы на эти вопросы, термодинамика все более и '"' Нер пот В. Опытные и теоретические основания нового теплового закона, с.
6. '" И о ф ф е А. Ф. Встречи с физиками. М., 1960, с. 11. '"' ЙОЬ!гое пп рй НзпбЬисЬ дег Месьей1зсьей %аппе1Ьеот1е, Вб. 1, 8. 2. 268 более уходила от своей простейшей первоначальной задачи — изучения взаимосвязи теплоты н механической работы. В конечном итоге к началу текущего века термодинамика превратилась в науку, охватывающую все изменения, которые могут претерпевать физические и химические системы, в том числе изменения формы и размеров, кристаллической структуры, химического состава и т.
п. Уже в этот период термодинамика определялась как наука о физических и химических явлениях, протекающих в системах, находящихся в состоянии термодинамического равновесия. Дальнейшее развитие термодинамики происходило в следующих направлениях: а) расширение и обобщение основных понятий на область неравновесных состояний и процессов; б) исследование логической структуры, ее основных понятий и законов; в) разработка новых термодинамнческнх методов исследования; г) расширение области применения термодинамики, включая и биологические объекты, перенесение методов и понятий термодинамики в другие науки, в частности в теорию информации. Все это вместе взятое привело к совершенно иному взгляду на предмет термодинамики, которая стала рассматриваться как наука, изучающая общие феноменологические закономерности тепловой формы движения материи. В таком духе определяется термодинамика, например, Мейкснером в докладе «Новейшее развитие термодинамики» (1958): «Тер»»одинамика давно рассматривалась как существенная область физики, занимающаяся изучением тепловых явлений.
Однако со временем, ао мере включения в нее химических реакний, теплового излучения, электромагнитного ноля и других, она все больше и больше ариобретала характер всеобщей науки. Лучи»е всего термодинамику можно охарактеризовать словами, сказав, что она охватывает все состояния континуальной материи и устанавливает общие связи между этими состояниями» '»ь. '" Ме1» пег 1. !ч!епе Еп!ч«!с!с!ипиеп йет Тьеттпобупепт!!с.— В сбс ЧетднепШсне !Чз!пт»е!ззепзсйе11, Не!!.
72. Аеснеп, 1960, 8. 3. Часть третья СИНТЕЗ ТЕРМОДИНАМИКИ И МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ. ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ Г Л А В А 1Х. РАЗВИТИЕ МОЛЕКУЛЯРНОКИИЕТИЧЕСКОИ ТЕОРИИ В Х1Х В. З 23. Начальный период Общие замечания В первой части книги был рассмотрен вопрос о происхогкдении и развитии корпускулярных представлений о природе теплоты.
Уходящая своими корнями к античным натурфилософам, корпускулярная гипотеза, рассматривавшая теплоту как род движения, мало-помалу забывалась вместе с трудами, в которых она излагалась. Этому обстоятельству в значительной степени способствовали два фактора: широкое распространение и длительное господство теории теплорода и отсутствие теоретической и экспериментальной основы, на которой могла бы развиваться корпускулярная гипотеза и успешно конкурировать с теорией теплорода. Между тем в работах таких физиков, как М. В. Ломоносов, Д. Бернулли, Румфорд и некоторых других, содержались вполне зрелые мысли относительно сущности теплового движения. Не хватало лишь некоего принципа, который все поставил бы на свое место и превратил корпускулярную гипотезу в научно обоснованную теорию. И подобно тому, как принцип эквивалентности теплоты и работы, окончательно показав несостоятельность теории теплорода, лег в основу развития феноменологической теории теплоты — термодинамики, точно так же этот принцип положил начало превращению корпускулярной гипотезы в современную молекулярно- кинетическую теорию теплоты.
Естественно, что, отбросив теорию теплорода и признав, что теплота есть особый род движения частичек тела, физики дальнейшие свои усилия направили к тому, чтобы выяснить особенности этого движения, его закономерности и применить полученные сведения к объяснению наблюдаемых на опыте тепловых закономерностей вещества. Последовательное решение всех этих задач привело первоначально к возникновению и развитию молекулярно-кинетической теории газов, превратившейся впоследствии в важнейший раздел современной теоретической физики — статистическую физику.
260 Можно указать три основных периода в развитии статистической физики. 1. Развитие молекулярно-кинетической теории и ее синтез с феноменологической термодинамикой. Этот период начинается с середины Х1Х в. и продолжается до начала ХХ в.; он связан в первую очередь с трудами Клаузиуса, Максвелла и Больцмана. 2. Развитие общей статистической механики как физической теории, призванной объяснить, в первую очередь на основе определенных представлений о молекулярном строении и механизме взаимодействия частиц системы, наблюдаемые на опыте значения физических величин в состоянии их термодииамического равновесия. Второй период — это период создания статистической термодинамики. Его основоположником прежде всего является Д.
В. Гиббс. Большой вклад в этот период внес своими трудами А. Эйнштейн. Гиббсовская статистическая механика сыграла важную роль в развитии современной физики. Второй период можно датировать с момента выхода классической монографии Гиббса «Основные принципы статистической механики» (!902). 3. Открытие и дальнейшее развитие квантовых статистик. Этот период тесно связан с возникновением и постепенным проникновением в термодинамику и статистическую механику квантовой теории М.
Планка. Этот период начинается с 1924 г. и прежде всего связан с исследованиями В. Паули, Ш. Бозе, Л. Эйнштейна, Э. Ферми и П. Дирака. В последующих главах будет рассмотрено развитие этих трех периодов. Молекулярно-кинетическая теория теплоты и механическая теория теплоты развивались более четверти века параллельно и в значительной мере независимо друг от друга. Только во второй половине 70-х годов прошлого века наметился синтез, который ознаменовался великим открытием Больцмана — обоснованием статистической природы второго начала термодинамики.
По мере развития молекулярно-кинетической теории расширяются ее содержание и область применения. Достигнув больших успехов в объяснении свойств газов, она начинает применяться и для объяснения свойств жидкостей и твердых тел. Идеи Уотерстона, Герапата, Джоуля и Кренига Несмотря на то, что повсеместное распространение теории теплорода вытеснило учение о теплоте как роде движения и привело почти к полному забвению, труды основоположников корпускулярной гипотезы тем не менее не были забыты. К середине Х1Х в. намечается возрождение этого учения. Появляются сочинения, авторы которых пытаются не только обосновать атомистику с точки зрения философии и естествознания, но и применить ее для объяснения конкретных физических явлений. Это возрождение связано прежде всего с тем, что наука в указанный период получила дальнейшее развитие, были открыты новые факты и исследованы явления, которые успешно объяснялись с точки зре- 261 ния атомистики.
В трудах философов развивается общая теория строения материи, основанная на атомистической гипотезе. Наряду с этим дается научно аргументированная критика теорий противников атомистики и в первую очередь последователей немецких философов Канта, Гегеля и Шеллинга, которые, как известно, не признавали атомистического учения. Именно в рассматриваемый период появляются и первые работы, положившие начало развитию молекулярно-кинетической теории газов, т.
е. теории, пытавшейся объяснить физические свойства газов (в том числе и газовые законы) на основе атомистикн. Обычно первые разработки этой теории связывают с публикацией мемуаров Джоуля и Креннга в 50-х годах Х1Х в. Между тем еще за несколько лет до их работ в ту пору малоизвестный английский ученый Дж. Дж. Уотерстон представил в «РЫ!озорЫ- са1 Тгапзас11оп» статью «О физической среде, состоящей из свободных и вполне упругих молекул, находящихся в движении» (1845), в которой развил основные представления элементарной кинетической теории газов. Отношение к этой работе представителей «большой науки» весьма характерно в годы царствования теории теплорода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
