Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 94

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

Текст из файла (страница 94)

Таким образом, статистическая концепция одностороннего течения времени имела бы успех только в случае решения указанного противоречия. Во всяком случае, концепция Больцмана не могла быть основой решения проблемы времени с позиций диалектического материализма не только вследствие одностороннего подхода, но и из-за игнорирования ее связей с другими родственными проблемами физики и философии. Как уже указывалось, попытка расширения и модернизации статистической концепции времени была предпринята позитивистами, точнее неопозитивистами, философского течения, одно время весьма модного среди западных естествоиспытателей.

В частности, Рейхенбах утверждает, что односторонний ход времени нельзя непосредственно вывести из элементарных процессов, так как время — чисто макроскопическое явление. Оно в каждый момент порождается из атомного хаоса в виде статистического соотношения. Поэтому говорить об определенном направлении времени можно только для отдельных отрезков кривой полной энтропии, а то направление, в котором протекает большинство термодина- 344 мнческих процессов в изолированных системах, н есть направление положительного времени. Утверждения позитивистов подвергались критике не только с точки зрения диалектического материализма, но и учеными, стояшими на стихийно материалистических позициях.

Так, например, английский ученый-космолог Дж. Уитроу 1571 весьма критически отнесся к теории Рейхенбаха. При этом Уитроу исходил из всех данных современной науки, не только физики, ио и космологии, астрофизики и др. Он связал эту проблему с пространством, Вселенной и человеком.

Он прямо говорит, что вопрос о направленности времени нельзя объяснить только на основе статистических концепцийкз. Г Л А В А ХН. ОТКРЫТИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ БРОУНОВСКОГО ДВИЖЕНИЯ. ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ БОЛЬЦМАНА В 32. Открытие броуновского. движения.

Исследования Эйнштейна Ранние исследования броуновского движения В 1827 г. известный английский ботаник Р. Броун, которого знаменитый немецкий естествоиспытатель А. Гумбольдт назвал «бесспорным главой ботаников», опробовал изобретенный в это время новый ахроматический объектив, наблюдая взвесь цветочной пыльцы в воде. Во время одного из наблюдений он обнаружил удивившее его явление, о котором писал так: «При работе с частицами или зернами необьюайно малой величизы, размером от одной четырехтысячной до одной пятитысячной доли дюйма в длину...

погруженнггх в воду, я наблюдал многие из них в явном движении... Эти движения были таковы, что после многих повторных наблюдений я убедился в том, что они возникают не от потоков жидкости и не от постоянного испарения, а принадлежат самим частицам» 15, с. 51. Броун подметил также и характерную черту открытого им явления — частицы двигались непрерывно, описывая самые причудливые траектории. Движение частичек носило ярко выраженный хаотический характер. Так было положено начало исследованию броуновского движения — явления, сыгравшего исключительно важную роль в обосновании молекулярно-кинетической теории и статистических концепций в термодинамике. Свое открытие Броун, который весьма ревностно относился к своим научным достижениям, показал некоторым близким к нему людям, в том числе н молодому Ч.

Дарвину. Последний много лет спустя в «Автобиографии> писал по этому поводу: " Смл С в приданов Н. Проблема обоснования необратимости времени в физике 121, вып. ХУН1. 345 «Однажды, во время посещения Брауна, последний предложил мне посмотреть в микроскоп и описат~ то, что я увижу. Я сделал это, и теперь я думаю, что это было поразительное движение протоплазмы в какой-то растительной клетке. Но тогда я спросил есо, что же такое я видел, и он ответил мне: «Это мой маленььтий секрет1» г«. Дарвин добавляет к этому рассказу: «Полагаю, что он боялся, как бы я не украл у него это открытие». Естественно, что в ту пору ни Броун, ни Дарвин не догадывались об истинной природе наблюдавшегося ими явления. Вначале для объяснения броуновского движения предположили, что частички двигались за счет присущей им жизненной силы, поскольку они были органического происхождения.

Этой точки зрения придерживался и сам Броун. В то время учение виталистов о жизненной силе было весьма распространено, и поэтому такое объяснение казалось правдоподобным. Однако вскоре от этого предположения пришлось отказаться, так как мельчайшие частички неорганического происхождения двигались не менее интенсивно, чем органические. Вскоре явление броуновского движения привлекло к себе внимание многих ученых, стремившихся раскрыть его природу. Уже первые исследователи подметили некоторые специфические его черты.

Так, например, было показано, что броуновское движение универсально, поскольку наблюдалось решительно у всех веществ, взвешенных в распыленном состоянии в жидкости. «Наиболее важный момент,— писал Гуи,— это общность явления: тысячи частиц были исследованы, и во всех случаях не наблюдалось ни одной частицы, не обладавшей известным движением» 15, с. 61. Броуновское движение оказалось независимым от внешних обстоятельств. Это было проверено соответствующими экспериментами.

Интенсивность движения частичек не зависела ни от каких внешних факторов. Исключение составляла температура: с ее увеличением интенсивность движения броуновских частичек заметно возрастала. В свете господствовавших концепций в физике первой половины Х1Х в. броуновское движение было необъяснимо. Поэтому в этот период интерес к нему не был еще достаточно велик.

Этот интерес заметно повысился во второй половине века, когда был предложен -ряд гипотез для его объяснения. В. Реньо в 1858 г. высказал предположение, что движение частичек обусловлено неравномерным нагреванием жидкости падающим на нее светом. Другие ученые предполагали, что это движение возникает в результате неравномерного нагрева жидкости и появления в ней разности температур. К началу 70-х годов от всех подобных гипотез пришлось отказаться, так как к этому времени достаточно убедительно было показано, что это движение не обусловлено никакими внешними факторами — посторонними силами или потоками жидкости.

Уже в 1863 г, О. Винер высказал предположе- 346 " Д а р в и и Ч. Автобиография. М., 1957, с. 114. ние, что причиной броуновского движения может быть только скрытое движение внутри самой жидкости. В ясной форме предположение о том, что броуновское движение вызывается движением молекул жидкости, было высказано независимо друг от друга Карбонеллем [1874) и Рамсеем [1876). В 1877 г..

к такому же выводу пришел и Дельсо, следующим образом объяснивший причину броуновского движения: «В случае большой поверхности (частицы) молекулярные удары, являющиеся причиной давления, не производят никакого действия на взвешенное тело, так как в общем они совершенно равномерно толкают тело со всех сторон. Если же поверхность тела так мала, что неправильности толчков уже не могут уравновеситься, то мы будем иметь дело с давлениями, меняющимися от точки к точке.

Тогда 'закон больших чисел уже не приводит к выравниванию давлений и их равнодействующая уже не будет равна нулю; она будет все время меняться как по величине, так и по направлению» [3, с. 7). Для того чтобы такое объяснение броуновского движения было убедительным, необходимо было доказать совпадение наблюдаемых отклонений броуновских частичек и их скоростей с вычисленными отклонениями и скоростями на основе представлений молекулярно-кинетической теории. Тогда можно было считать доказанной не только причину явления, но и то, что оио является наглядным подтверждением основных положений молекулярно-кинетической теории. Следует отметить, что некоторые количественные закономерности броуновского движения были подмечены еще Ф.

Экснером в 1867 г., установившим, что интенсивность его возрастает с уменьшением размера частнчек. Позже, в 1888 г., М. Гуи нашел, что интенсивность движения частичек обратно пропорциональна вязкости жидкости и прямо пропорциональна ее температуре. В 1900 г. Ф. Экснер попытался дать аналитический расчет скорости движения броуновской частички, исходя из допущения, что ее кинетическая энергия равна кинетической энергии молекулы газа. Однако полученные результаты не совпали с наблюдаемыми скоростями. Мы видим, следовательно, что к началу ХХ в. для большинства физиков природа броуновского движения не представляла загадки. Задача теперь состояла в разработке количественной теории явления на основе молекулярно-кинетических представлений. Исследования Эйнштейна по теории броуновского движения.

Опыты Сведберга и Перрена Первая количественная теория броуновского движения появилась в 1905 г. Ее автором был А. Эйнштейн, опубликовавший классическую работу «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярио-кинетической теорией теплоты» 15, с. 13]. Эта работа была опубликована вместе с двумя другими основополагающими исследованиями великого физика [по квантовой теории света и теории относительности) в 347 т.

17 «Анналов физики» за 1905 г. Об этом томе М. Борн сказал, что это одна «из самых заиечательных книг во всей научной литературе. Она содержит три статьи Эйнштейна, каждая иэ которых имеет дело с различны»т предметом и каждая является сегодня признанным шедевром, началом новой области физики» [4, с.

Характеристики

Список файлов книги