Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 81
Текст из файла (страница 81)
Чили. В 1872 г. он опубликовал работу «Принцип Гамильтона и второе начало механической теории тепла» ", в которой, в частности, писал: «История развития новой физики решительно говорит о том, что только теории, которьге кладут в основу механические принципы, в состоянии дать действительное объяснение явленийь. Здесь Чили поставил задачу доказать тождество принципа Гамильтона и второго начала термодинамики. Работа эта содержала ряд произвольных допущений и даже ошибок. В 1873 г. он опубликовал вторую работу аналогичного содержания з', в которой обнаружил полное непонимание всей про- м Смл С! а ив!ив Ц.
Вегаегйппйеп гп йег Рг!огиа1вге!г!апгаиоп йев Неггп ВоИггпапп. Рояя. Апп., Ва 144, Ь. 2еп. м Смл Ройй. Апп., 1872, Вй. 145, 8. 295. " См, 8 вг ! у С. Ъав купета!вс!ге Рг!пир топ Ната!Иоп !и йег Т!гегпгойупапгй. Рока. Апп., 1873, Вд. 149, $. 74. 299 блемы в целом и, в частности, работ Клаузиуса. По мнению Чили, ему удалось свести второе начало термодинамики к принципу Гамильтона.
Полное непонимание венгерским физиком своеобразия, специфических особенностей законов термодинамики проявилось и в третьей его работе «Второе начало механической теории теплоты, выведенное из первого» гз. Это видно уже и из самого заглавия работы. Чили полагал, что ему удалось вывести второе начало из закона сохранения энергии. Клаузиус рассмотрел результат Чили в специальной работе «О связи между вторым началом механической теории теплоты с принципом Гамильтона» ", в которой писал: «Чили, заявивший уже в более ринней своей работе о тождестве того закона, который мы в термодинамике называем вторым началом, с принципом Гамильтона, повторил то же самое и в своей новой статье. Но я надеюсь, что из настоящей моей статьи он убедится, что между уравнениями Гамильтона и теми уравнениями, которые применяются в термодинамике для пояснения второго начала, имеется существенное различие».
Чили ответил на возражения Клаузиуса статьей «Динамический принцип Гамильтона в термодинамике», где повторил ошибки предыдущей статьи г«. Его уверенность во всесилии механицизма была безгранична. В этот же период, вслед за Чили, появляются и другие попытки механического обоснования второго начала, авторами которых были Д. Мюллер'з, П. Оппенгейм 'е и ряд других. Все эти работы носили чисто формальный характер и ничего существенно нового в рассматриваемую проблему не добавили. Остановимся в заключение на исследованиях Гельмгольца в области механической трактовки термодинамических законов.
Великий немецкий физик, как мы знаем, был одним из апологетов механицизма. Будучи уверенным в том, что ему удалось «уложить закон сохранения и превращения энергии в прокрустово ложе механицизма», Гельмгольц в 80-х годах предложил свой оригинальный метод механического обоснования термодинамики. Цель его заключалась в том, чтобы включить понятие энтропии в общую схему механистической физики. Гельмгольц не закрывал глаза на возникающие при этом трудности, которые были ему хорошо известны из работ предшественников. «Понятие энтропии вносило существенный элемент в физическую картину мира, — писал он.
— Монотонность функции энтропии подчеркивала односторонность, направленность процессов природы. Прошедшее и будущее, которые не различались в классической лгеханике, где ничто не изменяется при замене плюса на минус в уравнениях движения, переставали быть физически тождественнылш. В механике не было никаких аналогий функции энтропии, никаких " Смл Роаа. Апп., Е«30пгппдзЬгпй, чг!1, 1876, 8. 154. " Смл Роек.
Апп., 1872, Вй. 146, 8. 585. " См.: Роая. Апп., 1873, Вй. 149, 8. 74. " См:. М 0 ! ! е г. ОЬег е!и впз йег Нега!!!опзсьеп ТЬеоме йег Вепгеяипя ЬегчогуеЬепйез гаесЬап!зсьез Рг!пмр. Року. Апп., Вй. 152, 8. 105. " Смл О р р е и Ь е1га Р. %!ейегпепп'з Апп., 1882, Вй. 15, 8. 31. 300 понятий, к которым можно было бы свести содержание второго начала теории теплоты» [48, с. 3911. Поэтому Гельмгольц избрал иной путь к достижению своей цели, чем его предшественники. Трудности, вставшие перед механическим миропониманием в связи с термодинамическими проблемами, Гельмгольц пытается. преодолеть путем введения движения «скрытых масс» и применения принципа наименьшего действия. По мнению Гельмгольца, «область применения принципа наименьшего действия далеко переросла границы механики весомых тел» и он приобрел универсальный характер: «Во всяком случае,— ппсел оп,— мнв кажется, что всеобщая значимость принципа наименьшего действия настолько не подлежит сомнению, что он может претендовать на большую роль в качестве эвристического принципа и путеводной нити в исканиях форлгулировок для законов новых классов явлений»ь'.
Как отмечалось выше, основная идея Гельмгольца — введение в рассмотрение скрытых движенчй масс, которые недоступны наблюдению и непосредственно не обнаруживаемы. Роль принципа наименьшего действия и состоит в том, что с его помощью можно провести исследование подобных скрытых движений. В 1884 г.
Гельмгольц опубликовал исследование «Начало статики моноциклических систем»", в котором и изложил свой оригинальный метод механического обоснования необратимых явлений. Предложенный метод, по выражению Больцмана, «сразу внес во все такие исследования неожиданную ясность». Гельмгольц показывает, что существует целый класс механических систем, так называемые м он оци кл ические систем ы, для которых можно установить соотношения, по внешней форме совпадающие с термодинамическими соотношениями. Как известно, полициклические системы обладают тем свойством, что у них имеются две группы обобщенных координат, из которых одна характеризует сравнительно медленные движения системы, а другая — очень быстрые циклические движения. Первую группу координат Гельмгольц связывает с макроскопическим движением, вторую — с быстрыми циклическими движениями.
Последнюю он противопоставляет молекулярному тепловому движению и показывает, что при известных условиях можно отданное или полученное системой количество теплоты рассматривать как работу внешних сил, затраченную на изменение циклических координат. Если же система моноциклична, т.
е, имеет только одну циклическую координату, то тогда, согласно Гельмгольцу, элемент количества теплоты дЯ будет иметь интегрирующий делитель, равный средней кинетической энергии частицы. Таким образом, основная идея Гельмгольца состояла в том, чтобы найти механические системы, процессы в которых могли бы быть аналогами тепловых явлений. Так как основной, не сво- " Не!го Ь о1!» Н. В!е РЬузпле!1зсЬе Ведеп!ппя дез Рг1пг!рз дег РПпг!рз дег Ь[е!пз!еп Гьг!г!гппя — В кпл Сгезегпгпе[!е АЬЬепд!ппяеп, Вд. П1, В.
207. " Сил Сгезепппе[!е АЬЬепд!ппяеп, Вй. 1П, $. 119. 301 димой к классической механике чертой тепловых процессов является их необратимость, то Гельмгольц ищет такое видоизменение механики, которое позволило бы эти явления интерпретировать механистически, хотя бы ценой введения ненаблюдаемых, скрытых механических движений. Такую интерпретацию и нашел Гельмгольц: теплота — это энергия циклических движений моно- циклической системы, а температура — мера средней кинетической энергии этих движений. Конечно, Гельмгольц, как и его предшественники, не свел термодинамику к механике.
Его трактовка тепловых явлений представляет собой оригинальную механическую аналогию термодинамики и передает лишь некоторые черты в закономерностях последней. Но и эта аналогия ограничена. На это указывает хотя бы тот факт, что она не в состоянии отобразить наиболее специфическую особенность тепловых явлений — процесс релаксации, приводящий любую изолированную систему в конечном счете к состоянию термодинамического равновесия. Рассмотренные в настоящем параграфе попытки механического обоснования второго начала термодинамики различны по своему характеру и не представляют собой единого целого, так же как и сам механицизм на протяжении всей своей истории, начиная от Ньютона и Декарта, не был чем-то единым. «Не говоря уже о борьбе картезианства и ньютонианства внутри единого механического (и в основном материалистического) миропонимания, по вопросу о конкретном характере выполнения механистической программы, мьь находим целый ряд оттенков, обусловленных самыми разнообразными причинами.
Если сравнить одинаковые тенденции произведений авторов, принадлежащих к различнььм школам и странам, то бросается в глаза значительное различие в вопросе о том, как, собственно, понимать задачу построения механической картины мира. Более прямолинейному инженерно-льодельному механицизму английских ученых противостоит более гибкий (скрытьье движения) механицизль школы Гельлжольца. Это течение, основы которого были заложены Гельмгольцем и которое нашло развитие в трудах Больцманл и Герца, представляет собой любопытную разновидность механицизма, интересную еще и в том отношении, что оно резко противопоставило себя энергетиэму — одному из имевших место в истории физики учений о науке как о системе «принципиально наблюдаемых величин» (48, с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
