Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 90

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 90)

Оствальд заключает, что механическое понимание природы не может объяснить, почему процессы совершаются в природе преимущественно в определенном направлении. В этом заключении, как мне кажется, упущено, что механические явления определюотся не только дифференциальными уравнениями, но и начальными условиями, В прямом противоречии с г.

Оствальдом я указал, что одним иэ блестящих подтверждений механистического мировоззрения на природу служит то, что оно дает чреэвььчайно верную картину рассеяния энергии, если только допустить, что мир исходил из начального состояния, удовлетзорявигего определенным начальным условиям» 13, е.

7!Б Защищая механицизм от нападок «энергетиков», Больцман, тем не менее не закрывал глаза на факты, которые показывали слабость механистической физики. Одним из таких важнейших фактов явилось доказательство статистической природы второго начала, факта, показавшего своеобразие тепловой формы движения материи, несводимость его к механическому перемещению атомов и молекул тела. В этом отношении работы самого Больцмана имели большое философское и методологическое значение.

Больцман сознавал, что современный ему механицизм далеко не тот, каким он был во времена Декарта и Ньютона и даже середины Х!Х в. «Я сам когда-то ломал копья эа механистическое мировоззрение,— писал он в одной иэ своих последних статей, — но только в том смысле, что оно является колоссальным прогрессом по сравнению с прежним, чисто механическим. Взгляд же, что не может бььть никакого другого объяснения природы, кроме объяснения ее Посредством движения материальных точек, законы которого определены центральными силами, уже давно оставлен почти всеми» 13, с. 671. Больцман посвятил большую работу специально доказательству несостоятельности «энергетнзма>, в которой дал обстоятельный разбор идей «отцов энергетики» Гельма и Оствальда.

Борьба между «энергетикой» и атомнстикой закончилась победой последней. Тем самым восторжествовала материалистическая линия развития науки. И важнейшей вехой на пути этого развития являются труды Больцмана. Через несколько лет после смерти Больцмана его идеи получили блестящее подтверждение и дальнейшее развитие в трудах польского физика Мариана Смолуховского. Под влиянием идей Больцмана некоторые физики пересмотрели свою.

точку зрения на философию Маха и Оствальда. В качестве примера опять можно сослаться на Планка. Выше уже отмечалась эволюция взглядов Планка на молекулярно-кинетическую теорию и на статистическое обоснование второго начала тер- 331 модинамики. Именно признание статистической природы этого закона привело Планка в конечном итоге к гениальному открытию — квантовой теории. Поэтому в дальнейшем он выступал последовательно в защиту атомистики, неизменно отмечая ее роль в физике и заслуги Больцмана в ее развитии: «В течение некоторого времени атомистической теории, казалось, угрожала серьезная опасность со стороны энергетики... Потребовался глубокий анализ и непреклонный научный оптимизм Людвига Вольцмана для того, чтобы не только прилшрить атомистику со вторым началом термодинамики, но дцже объяснить основную идею второго начала при помощи атомистики» 'ь.

Не удивительно поэтому, что Планк в конце концов воспринял победу идей Больцмана как «сам собой разумеющийся факт». Значительную эволюцию претерпела и точка зрения Планка на философию махизма. Если в молодости он считал себя решительным сторонником философии Маха, то позже понял, что «она обещала больше, челн могла датьж В 1910 г., выступая с докладом «Теория физического познания Эрнста Маха», Планк подверг резкой критике философию махизма.

Свой доклад он закончил так; «В качестве путеводной нити физического исследования принцип экономии (мышления.— Я. Гд не приносит ни малейшей пользы, если даже трактовать его в самом широком смысле... Поэтому физик, желающий двигать вперед свою науку, должен быть реалистоли а не экономистом, т. е., изучая смену явлений, он должен руководствоваться одной целью: отыскать в них все неизменное, непреходящее, независимое от человеческих восприятий. Экономия мышления является для него при этом лишь средством, но не может служить конечной целью. Так всегда было и так будет вопреки Эрнсту Маху и его мнимой антаметафизике т'. Проблема «тепловой смерти Вселенной» и флуктуационная гипотеза Больцмана Естественно было ожидать, что, признав статистический характер второго начала, Больцман сделает попытку подойти с этой точки зрения и к методологическим следствиям из этого закона, в частности, к старой проблеме «тепловой смерти Вселенной».

Нужно сказать, что Больцман всегда с недоверием относился к этому выводу Томсона — Клаузиуса, считая его плодом недоразумения. Так, выступая в Венской Академии наук 29мая 1886 г., он говорил по этому поводу; «Так как данная система тел никогда не может самостоятельно перейти в абсолютно столь же вероятное состояние, но всегда только в более вероятное состояние, то также невозможно сконструировать систему тел, которая, пройдя различные состояния, возвращалась бы в первоначальное состояние.

С этим утверждением мы пришли к тому пункту, откуда обыкновенно исходят при рассмотрении второго начала термодинамики, Выставляют как аксиому положенае, что иэ конечного числа тел невозможно сконструировать ретре1иит тпо)П1е. Эту аксиому выражают уравнениями, называемыми основными уравнениями второго закона, и начинают удивляться тому, чту в пред- 'ь П па як М. физические очерки. М., 1925, с. 37 — 38. " Роуз. Еецзсат111, 1910, Вд. 11, 8. !190. положении, что вся Вселенная является громадной системой конечного числа тел, из этих уравнений следует, что и вся Вселенная не может быть регре1иит той!е, хотя это утверждение уже заключалось в предпосылке. Как бы ни была зачанчивы подобные взгляды на Вселенную, как бы ни казались они побуждающими нашу пытливость, а часто и бесспорными, все же я думаю, что в этом случае мы расширяем положения, почерпнутые нами из опыта, далеко за пределы их естественных границ» [3, с, 87).

Еще более определенно о несостоятельности проблемы «тепловой смерти Вселенной» говорил Больцман в своем докладе «О статистической механике» (1904): «Иэ этого закона [второго начала. — Я. Г.) следует, что всякая замкнутая система тел стремится к определенному конечному состоянию, для которого энтропия будет максимумом. Конечным выводом этого закона является удивительное положение, что весь мир стремится к состоянию, при котором всякие явления прекратятся; но такое заключение становится само собой понятным, если представить себе мир конечным и подчиняющимся второму закону.

Если же смотреть на мир как на нечто бесконечное, то возникают опять те же самые противоречия, какие получались, когда бесконечное считается тол~ко пределом» [3, с. 95]. Больцман понимал, что статистическая трактовка второго начала превращает вывод Томсона — Клаузиуса из абсолютного утверждения в утверждение чисто вероятностное.

С этих позиций Больцман и сделал попытку показать несостоятельность проблемы «тепловой смерти Вселенной>. Хотя в период работы над статистическим обоснованием второго начала Больцман еще, по-видимому, не имел определенных идей относительно применения найденной им концепции ко Вселенной, тем не менее в отличие от основоположников второго начала он весьма осторожно относится к такой экстраполяции: «Признанное... отнесение второго начала к области теории вероятностей вменяет в обязанность крайнюю осторожность, в применении его ко всему мирозданию, как ни достоверно то, что законы теории вероятностей оправдываются при каждом опьпе в лаборатории» [86, Вд. !1, 8.

121]. Свои иден относительно проблемы «тепловой смерти Вселенной» Больцман начал развивать во второй половине 90-х годов в работах, опубликованных в связи с дискуссией об Н-теореме. Этп соображения изложены в цитированных выше работах «О некоторых вопросах теории газов» и «Об исследовании Цермело «О механическом объяснении необратимых процессов».

Точка зрения Больцмана сводилась к следующему: «Тот факт, что во всех практических применениях термодинамики справедлив второй закон, т. е. энтропия возрастает, обязан комбинированному дейстешо двух эффектов. Прежде всего, если энтропия в некоторый момент времени меньше ее равновесногб значения, то вероятность того, что она будет уменьшаться, чрезвычайно мала. Во-вторых, наше наблюдение всегда происходит так что, начав с заданной ситуации, мы наблюдаем дальнейшее развитие, однако для нас невозможно начать с заданной ситуации и наблюдать в предшествующие моменты времени. Тот факт, что мы можем делать одно и не можем делать другого, связан с тем, что у нас имеетея память о прошлом и мы люжем, следовательно, знать то, что происходило в предшествующие моменты времени, но не то, что произойдет в дальнейшем. В этол~ смысле психологически необратимость второго начала термодинамики весьма обоснованна...

333 Мы предполагаем, что вся Вселенная накодится и всегда находилась в тепловом равновесии. Вероятность того, что одна ~и лишь одна) часть Вселенной находится в некотором состоянии, будет тем меньше, чем больше удалено это состояние от состояния теплового равновесия, однако эта вероятность будет тем больше, чем больше сама Вселенная. Если предположить, что Вселенная достаточно велика, то вероятность нахождения ее относительно малой части в любом заданном состоянии (удаленном, однако, от состояния теплового равновесия) может быть сколь угодно велика.

Характеристики

Список файлов книги