Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 91

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

Текст из файла (страница 91)

Мы можем получить большую вероятность также и того, что, хотя вся Вселенная находится в тепловом равновесии, наш мир настолько удален от теплового равновесия, что невозможно даже вообразить чудовищно малую вероятность такого состояния. Однако разве можем мы представить сеое, с другой стороны, сколь малую часть Вселенной занимает этот мир? Если же Вселенная достаточно велика, то вероятность того, что ее столь малая часть, как наш мир, находится в существующем состоянии, оказывается уже отнюдь не малой. Если бы это предположение было правильным, все постепенно возвращалось бы к тепловому равновесшо; однако, так как вся Вселенная настолько велика, то возможно когда-либо в будущем какой-нибудь другой мир столь же отклонится от равновесия, как это имеет место сейчас в нашем мире.

Тогда упомянутая выше Н-кривая изображала бы то, что происходит во Вселенной. Максимумы кривой соответствовали бы мирам, в которых существовали бы видимые движения и жизнь (3, с. 92Б Таким образом, точка зрения Больцмана свелась к тому, что окружающая нас часть Вселенной находится в состоянии гигантской флуктуации, чем и вызвано необратимое течение макроскопических процессов. Изложенные соображения Больцмана получили название флукт у а ц и о н но й г и потев ы. Раньше Вселенная, согласно Больцману, находилась в процессе отклонения от равновесного состояния и поэтому все макропроцессы в ней протекали с уменьшением энтропии.

В настоящее время та часть Вселенной, в которой находится наша планета Земля, переживает период затухания этой флуктуации, т. е. период возвращения к равновесному состоянию. Следовательно, все наблюдения во Вселенной совместимы с представлением о развитии Вселенной в целом из некоторого возможного, хотя термодинамически или статистически неправдоподобного состояния, удаленного в далекое прошлое. Вот как Больцман представляет себе развитие Вселенной с точки зрения флуктуационной гипотезы: еМожно представить себе Вселенную как механическую систему, состоящую из громадного числа составных частей, и с громадной продолжительностью существования, так что размеры нашей системы неподвижных эвезд ничтожны по сравнению с протяженностью Вселенной, и времена, которые мы называем эрами, ничтожны по сравнению с длительностью ее существования.

Тогда во Вселенной, которая в общем везде находится в тепловом равновесии, т. е. мертва, то тут, то там должны существовать сравнительно небольшие области протяженности звездного пространства (назовем их единичными мирами), которые в течение сравнительно короткого времени эры значительно отклоннются от теплового равновесия, причем одинаково часты такие, в которых вероятность состояния увеличивается, и такие, в которых она уменьшается. Следовательно, для Вселенной оба направления времени неразличимы, так же как в пространстве не существует ни верха, ни низа, Но так же, как в определенной точке земной поверхности направление к центру Земли определяется, как направление книзу, живое существо, находящееся в определенной фазе времени такого единичного мира, будет определять направление вре.нени к менее вероятным состояниям иначе, чем противоположное направление ~пер- 334 вое — как прошлое, начало, второе — как будущее, конец), и в соответствии с такич наименованием для него небольшие, изолированные от Вселенной, области «сначала» будут всегда находиться в маловероятном состоянии.

Этот метод кажется мне единственным методом, при котором можно представить себе второе начало, тепловую смерть каждого единичного мира, без одностороннего изменения всей Вселенной от определенного начала к заключительному конечному состоянию., То, что в природе переход от вероятного 1с маловероятному состоянию происходит не так часто, как обратный переход, можно было бы удовлетвори. тельно объяснить, предположив, что вся окружающая нас Вселенная находится в очень маловероятном начальном состоянии, в результате которого любая система вступающих во взаимодействие ~ел также первоначально находится, вообще говоря, в маловероятном состоянии» (21, вып.

1, С, 525 — 526). Мы видим, следовательно, что Больцман подменяет проблему «тепловой смерти Вселенной» как целого гипотезой возникновения и эволюции отдельных миров, которая, происходит на фоне общей тепловой смерти, Эти миры переходят из маловероятного в более вероятное состояние, вследствие чего у них возможно протекание только необратимых процессов. Одни миры погибают, другие возникают вновь.

Эта смена жизни и смерти является той силой, которая спасает Вселенную в целом от гибели, противодействуя ее переходу в состояние теплового равновесия. Больцман был убежден в правильности своих идей: «Развитая здесь картина мира возможна... она свободна от внутренних противоречий, а также полезна тем, что открььвает перед нами новые точки зрения.,» [21, выа. 1, с. 522). Большая заслуга Больцмана в том, что он противопоставил выводу Томсона — Клаузиуса научно обоснованную гипотезу, низводящую этот вывод до степени вероятного утверждения. Современники Больцмана восприняли флуктуационную гипотезу как первый проблеск решения проблемы «тепловой смерти Вселенной». Следует также отметить, что, согласно флуктуационной гипотезе, флуктуация в одной части Вселенной не исключает того, что некоторая другая ее часть будет находиться в состоянии тепловой смерти. Однако рамки астрофизических наблюдений в настоящее время столь широки, что охватывают значительные пространства Вселенной, а отдельные галактики настолько далеки друг от дру.

га, что вполне являются изолированными системами. Можно было ожидать, что по крайней мере некоторые из них должны были бы приблизиться к состоянию теплового равновесия настолько, что это не прошло бы незамеченным, но ничего подобного не обнаружено. Возражения против флуктуационной гипотезы связаны еще с двумя моментами. 1.

Она приводит к парадоксальному с точки зрения человеческого опыта выводу об отсутствии направленности времени во Вселенной: Действительно, если сопоставить изменение энтропии со временем по Клаузиусу (рис. 25) и согласно флуктуяционной гипотезе (рис. 26), то мы видим кардинальные различия. В первом случае энтропия со временем монотонно возрастает, стремясь к некоторому предельному значению Ятаею достижение которого и бу- 335 дет означать наступление тепловой смерти.

В соответствии с этим и время течет в направлении от прошлого к будущему. Во втором же случае мы видим, что тепловая смерть наступает лишь в ограниченной области Вселенной и что по прошествии достаточно большого промежутка времени новая флуктуация выводит эту область из равновесного состояния. Но при этом наступает парадоксальная ситуация: если справа от начального момента го время г мах гмГл тк Рис. 25.

Изменение энтропии со временем по Клауэиусу Рнс. 26. Иэмеаенне энтропии со временем по Больцману «Нам удалось наблюдать такую колоссальную флуктуацию» только потому, что ес возникновение «является необходимым условием для существования наблюдателя (условием, делающим возлюжным биологическое развитие организлюв)». Этот аргумент, однако, не выдерживает кантики, так как неизмерилю большей вероятностью обладала бы флуктуация, скажем, в обьеме одной лшиь солнечной системы, что во волком случае было бы достаточным для обеспечения возможности существования наблюдателя» 'л.

Далее эти авторы указывают, что из флуктуационной гипотезы следует, что в будущем наш мир неизбежно должен будет прийти в состояние тепловой смерти, атак как всякая флуктуация, сколь бы велика она ни была, должна в конце концов исчезнуть, приведя систе,ну вновь к тому состоянию равновесия, из которого она произошла». 'л Подробно см. [21, аып. и, с. 115]. 'л Ландау Л. Д. и Лифшиц Е.

М. Статистическая физика. М.— Л, 1951, с. 44. 335 течет в положительном направлении (от прошлого к будущему), то слева от него, наоборот, в отрицательном направлении (от будущего в прошлое). Таким образом нет смысла говорить о фиксированном направлении времени во Вселенной. 2. В качестве еще одного аргумента, которому некоторые авторы придают решающее значение, против флуктуационной гипотезы выдвигается возражение: согласно расчетам, вероятность появления гигантской флуктуации ничтожно мала"'. И это обстоятельство, по существу, сводвт на нет всю космологическую концепцию Больцмана. В связи с этими возражениями ряд физиков не приемлют флуктуационную гипотезу.

Так, Л. Ландау и Е. Лифшиц считают: В. Краевский, польский ученый, также считает, что флуктуационная гипотеза не соответствует данным современной науки. Отмечая, что нет единства взглядов на эту гипотезу, он говорит: «Мы думаем, однако, что правы те, ко~орые считают эту гипотезу неудовлетворительной.

В самом деле, с открытиелз все новых галактик, ни одна из которых не находится в состоянии термодинамического равновесия, размеры предполагаемой флуктуации, в которой мьз оказались бы, пришлось бы все больше расширять» »4. Однако имеются и сторонники концепции Больцмана. К последним относится, например, известный советский физик Я. П. Терлецкий, неоднократно выступавший в печати по этому поводу. Терлецкий отмечает, что несмотря на то, «что флуктуационная гипотеза Больцмана далеко не совершенна и в дальнейшем может быть значительно изменена... она представляет собой пока что единственную попытку объяснить существование необратимых процессов во Вселенной, отправляясь от концепции ображз.ных элементарных законов природы.

В этом вся привлекательность концепции Больцмана» ". Терлецкий в одном из своих выступлений говорит, что флуктуационная гипотеза «впервьзе вьзразнла языком физики идезо о вечнои круговороте материи во Вселенной, ранее 'высказанную Энгельсом во введении к «Диалектике природы» [21, аып. !1, с. !14], и то время как «остальные космологзлческие гипотезы так или иначе приводят к неизбежности качественной уничтожимости движения, т.

Характеристики

Список файлов книги