Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 92
Текст из файла (страница 92)
е. к ограниченности существования во врелзензз отдельньзх форм движгния материи» [21, нып. Ж, с. ! !7]. Считая наиболее существенным возражением против гипотезы Больцмана возражение об исчезающе малых значениях вероятности больших флуктуаций, Терлецкий говорит, что для устранения этого возражения «необходимо ближе проанализировать основные положения с»а»исти«ее~ой физики и термодинамики систем космических масштабов». С точки зрения статистической механики, космические системы отличаются от обычных молекулярных систем следующими особенностями: 1) неограниченностью, 2) необходимостью учитывать собственное гравитационное поле, 3) необходимостью учитывать релятивистские эффекты кривизны пространства-времени. Неограниченность космических систем сама по себе не вносит ничего принципиально нового ни в термодинамику, ни в статистику, говорит Терлецкий, однако учет собственного гравитационного поля приводит к существенным выводам относительно характера эволюции Вселенной и ее модели.
Сделав определенные допуц!ения относительно потенциала сил тяготения, так чтобы было обеспечено существование термодинамического равновесия в неограниченных системах, Терлецкий рассчитал относительную флуктуацию объе- '«К р а е а с и и й Б. Борьба Мариана Смолухонското за научную атомистику.— Вопросы фплософип, 1958, № 4.
" Те р ленки й Я. П. Динамические и статистические законы физики. М., 1950, с. 82. 22 Я М. Г«лчеь» 337 ма и энтропии и пришел к выводу, что для достаточно больших .масс вещества возможны сколь угодно большие флуктуации. «Последнее следствие,— говорит Терлецкий,— можно рассматривать хах оправдание флухтуационной гипотезы Больцмана, отбрасывающее обычное возражение о малой вероятности гигантдпих флуктуаций. Можно. полагать, что Вселенная более похожа на систему, находящуюся вблизи критической точки, чем на идеальный газ'"'.
Если принять модель неограниченной Вселенной с законом тяготения, обеспечивающим существование термодинамичссхого равновесия, то процесс круговорота материи можно представлять в виде гигантсхих флуктуаций сасатия и последующего разрежению В периоды сжатия должны возникать конденсированные состояния в виде звезд и планет, а в периоды разрежений, когда звезды и планеты разбегутся на достаточные расстояния, неизбежен статистический распад хонденсированных систем и превращение их в газовую более или менее однородную систему. Особенно важно в этой модели то, что большие флуктуации возможны только в достаточно больших объемах, в то время ках в малых, но все же махросхопичеспих объемах, большие флуктуации исключены» 12!, вын.
11, с. 1!9 — !201. Указанную концепцию Терлецкий развивал в последние годы в ряде своих выступлений на космогоническихт' и космологических конференциях [21, вып. П, с. 114 — 121]. Защитники флуктуационной гипотезы исходят из предположения безусловной применимости законов термодинамики и статистической механики к Вселенной. При этом, по их мнению, вывод о наступлении тепловой смерти был получен только потому, что второе начало в классической формулировке Томсона и Клаузиуса было возведено в ранг абсолютного закона и статистическая природа этого закона игнорировалась. Поэтому некоторые ученые, пытаясь опровергнуть тепловую смерть Вселенной и не будучи удовлетворены гипотезой Больцмана, исходят из иных позиций.
Они полагают, что именно вследствие статистической природы второго начала оно неприменимо к бесконечным системам, в том числе и к Вселенной. Указанную точку зрения проводят, в частности, советские ученые К. Станюкович и И. Плоткин, используя методы математической теории множеств. Плоткин в ряде своих работ начиная с 1950 г.т' показал необоснованность переноса на бесконечную Вселенную таких термодинамических понятий, как энтропия, равновесное состояние и др. В свете этих работ законы термодинамики и статистики неприменимы для всей бесконечной Вселенной, и поэтому постановка проблемы «тепловой смерти Вселенной» вообще теряет свой смысл. Естественно, теряет смысл и флуктуационная гипотеза. " Расчеты вероятности флунтуацнй проводились для ндеалыного газа. "Смл Терлецкий я. П. Проблемы статнстнческой физики н терно динамики гравнтнруюшнх систем.— Труды шестого совешання по вопросам космогонии.
М., 1959, с. 214 †2. 'е Смл П л о т к н н И. ЖЭТФ, 1950, 20, вын. 11; П л о т к н н И. О флунтуацноя ной гнпотеэе Больцмана — Вопросы философии, !950, 1Чь 4; П л о т к н н И. Иеноторые замечания о законе возрастания энтропии.— Труды шестого сове шапка но вопросам космогонии, 1959, с.
228 — 240. 338 К. Станюкович указывает на эффективность применения к проблеме «тепловой смерти Вселенной> методов математической теории множеств и при несколько иных предпосылках приходит к тем же выводам, что и Плоткин (Станюкович, правда, указывает, что он несколько раньше Плоткина пришел к мысли использовать теорию множеств для решения проблемы тепловой смерти те), Он приходит к выводу: «Несмотря на возрастание энтропии каждой конечной подобласти Вселенной, в целом Вселенная составлена иэ счетного множества частиц различнык классов, всегда неравновесии и никогда не может прийти в состояние равновесия» г'.
Как флуктуационная гипотеза, так и другие рассмотренные здесь попытки доказательства несостоятельности проблемы «тепловой смерти Вселенной» в своей основе материалистичны. Они исходят из принципа неуничтожимости и несотворимости материи. Наряду с этими попытками имеются и такие, авторы которых исходят из возможности во Вселенной процессов непрерывного рождения материи, процессов, противостоящих стремлению Вселенной к равновесному состоянию. Так, например, один из представителей этого направления, английский ученый Н. Бонди, рассматривая Вселенную как изолированную систему, подчиняющуюся законам термодинамики, говорит о «непрерывном творении материи».
Аналогичные идеи высказывают Хойл и другие ученые". Подобного рода гипотезы могут быть приняты «лишь в том смысле, что существует какая-то скрытая полевая форма материи, непрерывно превращающаяся в известные нам формы материи. Однако если мы примем последнюю гипотезу, то невозможно будет распространить картину непрерывно расширяющейся и пополняющейся новым веществом Вселенной на неограниченный цроме>куток времени вплоть до ее полного исчезновения» [21, вып. П, с. 1171. С точки зрения диалектического материализма, гипотезы, основанные иа признании непрерывного творения материи, не могут быть 'признаны удовлетворительными.
Существуют и другие попытки решения проблемы, принципиально отличающиеся от рассмотренных выше. Рассмотренные выше попытки решения проблемы «тепловой смерти Вселенной», так же как и более ранние, основанные на представлениях феноменологической термодинамики, показывают, что эта проблема оказалась не такой простой, как думали некоторые физики и философы. Простая ссылка на то, что она заведомо ложна, поскольку противоречила учению диалектического материализма о развитии Вселенной, не решала возникшие здесь физические и методологические трудности. тэ Смл Станюкович К.
К вопросу о так называемой тепловой смерти Вселенной.— Вопросы философии, !962, № 3, с. 137. ю К вопросу о термодинамике Вселенной.— Труды шестого совещания по вопросам космогонии, с. 219 †2. " См. там же, с. 265. 339 22э Динамические и статистические закономерности Великое открытие Больцмана — доказательство статистической природы второго начала термодинамики — оказало большое влияние не только на развитие термодинамики, но и многих разделов физики, а также философии. Это открытие представило старые проблемы в новом свете и выдвинуло ряд принципиально важных философских и методологических вопросов, от правильного решения которых во многом зависело дальнейшее развитие физической науки.
В частности, отметим следующее. 1. Открытие статистической природы второго начала термодинамики явилось вместе с тем открытием нового типа закономерности — статистического закона. 2. В связи с этим возникла важная философская н методологическая проблема о соотношении между динамическими и статистическими закономерностями. 3. Открытие Больцмана привело к постановке проблемы статистического детерминизма. 4. Наконец, нового подхода требовала проблема необходимости и роль философской категории времени в этой проблеме.
Возникла важная как в общефизическом, так и философском плане, проблема направления времени. Естественно, что дальнейшее развитие статистической концепции породило еще целый ряд проблем, в частности одну из важнейших — проблему обоснования термодинамических закономерностей в рамках статистической теории. Некоторые из этих проблем будут рассмотрены в дальнейшем. В целом же следует отметить, что все эти проблемы оказались в тесной взаимосвязи между собой и должны были рассматриваться как единое целое. Они обогатили новым содержанием не только физику и математику, но и привели к постановке ряда новых философских проблем.
В связи со сказанным выше необходимо отметить следующее. Если подойти к открытию статистических закономерностей со строго исторической точки зрения, то следует вспомнить, что еще в ХЧП вЂ” ХЧП1 вв. при разработке начал теории вероятностей математики, по сути дела, уже владели элементарными представлениями о статистических закономерностях. К таким математикам относятся Паскаль, Я. и Д. Бернулли, Лаплас, Эйлер и др.
Любопытно отметить, что все они занимались и механическими преблемами, но никто из них не видел точек соприкосновения между механикой и теорией вероятностей. И хотя к середине Х!Х в. теория вероятностей уже была достаточно развита и с ее помощью решились некоторые задачи, тем не менее до работ Больцмаиа возникавшие в ней проблемы не выходили за рамки математических и к физике не имели никакого отношения. Тот факт, что статистические закономерности являются новым типом закономерностей, по сути дела, был нащупан Максвеллом и Клаузиусо" 340 и полностью определился после статистической интерпретации второго начала термодинамики. До исследований Вольцмана физике был известен только один тип закономерностей — динамические закономерности, составлявшие фундамент причинно-следственных связей в их механическом толковании, Существование этого типа закономерностей было понятно в результате развития не только классической механики,но и такой фундаментальной теории, как теория электромагнитного поля Максвелла.
Законы движения Ньютона, обобщившие и уточнившие грубые, качественные положения механики периода античности и средневековья, дали возможность вычислять скорости и положения движущихся тел в пространстве в любой заданный момент времени. Иначе говоря, законы динамики дали в руки ученых способ предсказывать с большой степенью точности поведение механических систем в будущем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
