Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 82
Текст из файла (страница 82)
41Ц. К концу Х!Х в. большинство физиков стало более или менее ясно сознавать, что все попытки чисто механического обоснования второго начала, а вместе с ним и термодинамики в целом обречены на неудачу. Это было первое крупное поражение всей концепции механицизма.
Вскоре за этим поражением последовали и другие, которые показали его полную несостоятельность. Одним из первых физиков, понявших ограниченность механицизма, был русский физик В. А. Михельсон. В своей диссертации «Второй закон термодинамики с точки зрения аналитической механики и теории вероятностей> (36, с. 3] (1883) он провел критический анализ различных механических обоснований второго начала н показал, что все так называемые «удачные выводы» второго начала неявно включали в себя понятие вероятности.
Михельсон отмечает, что невозможность вывести второе начало лишь из одних 302 принципов механики даже в простом случае — для обратимых процессов — указывает на немеханическую природу этого закона. При попытке вывести из механических принципов второе начало для необратимых процессов пришлось бы столкнуться с еще большими трудностями. Михельсон пишет по этому поводу: «Если бы мы захотели произвести это обобщение на аналитической почве, т.
е. сделали наши уравнения применимыми к случаю необратимых процессов, то должны были бы изменить самые исходные положения нашего доказательства, дать другое механическое определение понятия температуры и т. д....для необратимых процессов на чисто механической почве, Еще ни один автор не провел этого исследования, да на основе некоторых соображений Больцмана о зависимости второго начала от теории вероятностей можно заключить, что оно вообще вряд ли возможно без применения последней» 136, с.
661. Отношение механической формы движения к молекулярному движению Можно лн считать случайными в истории науки попытки механического обоснования термодинамики? Уже одно то обстоятельство, что таких попыток было достаточно много (мы упомянули выше далеко не все из ннх), говорит о том, что это не было случайностью. Более того, появление всех работ такого рода было закономерным явлением в процессе развития физики вообще и термодинамики в частности во второй половине Х1Х в., когда механицизм переживал высшую фазу своего развития. Успехи механистического мировоззрения в развитии молекулярно-кинетической теории способствовали убеждению в его всесильности, и поэтому трудности механического обоснования таких понятий, как теплота и температура, как-то остались в тени, хотя, как мы видели, с ними столкнулся Больцман уже в 1866 г. Примерно к 1870 г.
механистическое мировоззрение достигло апогея в своем развитии. Подавляющее большинство крупнейших естествоиспытателей не сомневались в том, что не только тепловые, но и любые явления можно свести принципиально к механическим законам. Но уже в 1872 г. известный немецкий физиолог Э. Дюбуа-Реймон в своей речи «О границах познания природы», прочитанной в Лейпциге на очередном съезде немецких естествоиспытателей и врачей, обратил внимание на определенные трудности, которые возникают при попытке решения некоторых проблем естествознания с позиций механицизма. Правда, сам механицизм как определенная естественнонаучная и философская концепция здесь еще не ставился под сомнение.
Но развитие физики уже в последующие два десятилетия весьма убедительно показало, что механическое понимание природы приводит к таким трудностям и противоречиям, которые разре. шить невозможно. В особенности это относится к развитию электромагнитной теории и статистическому обоснованию второго начала термодинамики. Поэтому нет ничего удивительного в том, что ряд ученых выступили с резкой критикой механицизма и пытались показать его несостоятельность. Одним из них был австрийский физик Э. Мах, 303 давший (1883) глубокий критический анализ механицизма з'. Мах развивает взгляды, высказанные еще в начале 70-х годов. В частности, он писал: «Взгляд, что механика должка рассматриваться как основа всех прочих отраслей физики и что все физические процессы должны быть объяснены механически, мы считаем предрассудком.
Исторически более старое не обязательно должно оставаться основой для понимания позднее открытого. ~о мере того, как становятся известньыш и упорядочиваются новые факты, могут возникнуть и совершенно новые руководящие идеи. Но мы еще совершенно не энаегь какие из физических явлений простираются глубже всего, не являются ли л~еханические как раз наиболее поверхностными или не идут ли все одинакооо глубоко. И в самой мехпнике мы ведь не рассматриваем самый древний из законов— закон рычага — как основу для всех прочих законов...
Механический взгляд на природу представляется нам исторически понятной, простительной, возможно даже временно полезной, но в целом все же искусственной гипотезой»чь. Маховская критика механицизма имела большое значение в истории науки, во-первых, потому, что он, как физик-теоретик и экспериментатор, пользовался авторитетом у своих коллег и поэтому эти его взгляды не могли не оказать влияния на формирование мировоззрения не только уже сложившихся ученых, но и молодежи. Об этом, кстати сказать, упоминает А. Эйнштейн в своей «Творческой автобиографии»: «Максвелл и Герц в своем сознательном мышлении также считали механику надежной основой физики, хотя в исторической перспективе следует признать, что именно они и подорвали доверие к механике как основе основ всего физического мышления.
Эрнст Мах в своей истории механики потряс зту догматическую веру; на меня — студента — эта книга оказала глубокое влияние именно в этом отношенииь ". Во-вторых, не последнюю роль сыграла здесь и популярность Маха как философа. В связи с последним замечанием следует сказать, что критика Махом механицизма не умаляется его «принципиальнььми и пагубнсчми ошибками в области философии» и тем, что «вместе с механистической картиной лтира и покоягцейся на ней механистически-материалистической догматикой он отбросил и философский материализм в целом» 4з.
Мы еще будем иметь в дальнейшем возможность увидеть тот вред, который нанес Мах развитию молекулярно-кинетической тео. рии своим предвзятым отношением к атомистике. В чем же ошибочность трактовки механнстами отношения меха ннческой формы движения к молекулярному движению? Прежде всего в том, что они неправильно объясняли связь между теплотой и движением молекул. В этой связи они видели лишь «возможность» сведения тепловых явлений к механике и не видели глубокого качественного отличия молекулярного движения в целом от механического движения.
" Смл Мах Э. Механика. Историко-критический очерк ее развития. Спб., 1909. 'ь Там же, с. 9. ° ' Э й н ш т е й н А. Физика и реальность. М., 1965, с. 139. 'э Ге р и е к Ф. Альберт Эйнштейн. М., 1966, с. 55. 304 Механисты считали, что поскольку движение отдельной молекулы можно описать законами классической механики, то законы термодинамики, характеризующие движения большой совокупности молекул, также могут быть сведены к законам механики. Здесь сказалось непонимание механистами того факта, что поведение очень большого количества молекул отлично от поведении отдельных частиц (что и отражают законы термодинамики).
Именно это отличие прежде всего сказывается в том, что в поведении огромной совокупности молекул появляются новые качественные особенности движения, при которых механические закономерности отходят на задний план, а на передний выступают особенности, свойственные совокупности в целом, — особенности тепловых явлений (статнстические закономерности, чуждые классической механике) . Ф.
Энгельс первый вскрыл истоки механицизма и показал его ограниченность. В «Диалектике природы» он писал: «Всякое движение заключает в себе механическое движение, перемещение больших или мельчайших частей материи; познать эти механические движения является первой задачей науки, однако лишь первой задачей. Но это механическое движение не исчерпывает движения вообще. Движение — это не только перемена места; в надмеханических областях оно является также и изменением качества. Открытие, что теплота представляет собой некоторое молекулярное движение, составило эпоху в науке» [1, с. 219[.
Энгельс показывает, что если все различия и изменения качества сводятся к механическому перемещению, то вся материя должна состоять из тождественных мельчайших частиц и все качественные различия должны объясняться лишь количественными изменениями. «Только незнакомство наших современных естествоиспытателей с ином философией, кроме той ординарнейшей вульгарной философии, которая господствует ныне в немецких университетах, позволяет им в таком духе оперировать выражениями вроде «механический», причем они не отдают себе отчета или даже не подозревают, к каким выгекаюшим отсюда выводам они тем самым с необходимостью обязывают себя» [1, с. 219 — 220[.
Говоря конкретно о теплоте как молекулярном движении, Энгельс замечает: «Но если я не имею ничего другого сказать о теплоте, кроме того, что она представляет собой известное перемещение молекул, то лучше мне замолчать» [1, с. 219]. При дальнейшем развитии молекулярно-кинетической теории, при более глубоком проникновении в сущность молекулярного движения все более и более выяснялись специфические особенности этого вида физической реальности, все очевиднее становилось качественное различие между механическим и молекулярным движением.
Так, уже в первый период развития термодинамики и молекулярно-кинетической теории ученые столкнулись с важнейшим Я. м. Гельэер зоь методологическим вопросом о природе термодинамических закономерностей. Перед ними встал вопрос об отношении между динамической и статистической закономерностями, на разрешение которого было затрачено немало усилий первоклассных исследователей. Отметим в заключение, что хотя все попытки свести термодинамику к механике оказались безрезультатными, тем не менее они дали физике ряд методов и идей, которые нашли применение как в теории теплоты, так и в других областях физики.
Г Л А В А ХЕ СТАТИСТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВТОРОГО НАЧАЛА ТЕРМОДИНАМИКИ 9 29. Статистические идеи В молекулярно-кинетической теории Идеи Клаузиуса и Максвелла При рассмотрении исследований основоположников современной молекулярно-кинетической теории газов Клаузиуса и Максвелла упоминалось о том, что эти ученые в своих трудах впервые высказали мысль о необходимости привлечения в кинетическую теорию статистических представлений. Остановимся подробнее на соответствующих высказываниях Клаузиуса и Максвелла. Необходимость привлечения статистики в молекулярную теорию уже достаточно проявилась в попытках получить феноменологические соотношения термодинамики с позиций механицизма. Действительно, с точки зрения молекулярно-кинетической теории газ рассматривался как совокупность огромного числа молекул, движение которых подчинено законам механики Ньютона. Поскольку же проследить за движением каждой молекулы невозможно и отдельно каждое ее действие не может быть учтено, то остается единственная возможность: рассматривать совокупное действие всех молекул, а соответствующие макроскопические параметры состояния газа — как усредненный результат этого действия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
