Радушкевич Л.В. Курс статистической физики (1185139), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Изучая основы статистической физики, необходимо уяснить себе различие этих закономерностей. ' В. И. Л е и и и, Материализм и эмпириокритицизм, Госполитиздит, 1951, стр. 256. » а динамическая и статистическая еакономерности йу $2. Дннамнчввкая н втатнвтнчввкая ваквнвмврнввтн Существование двух видов закономерности в явлениях природы выявилось в ходе развития науки. В течение длительного периода постепенно складывалось представление о причинноследственной связи между природными явлениями, приводящей к полной их детерминированности.
Как хорошо известно, детерминизм представляет собой учение о полной причинной обусловленности всех процессов природы. Еще в эпоху Возрождения, когда наука освободилась от средневековой схоластики, принцип причинности был признан важнейшим положением науки. «Истинная связь вещей заключается в механической причинности. Природа знает только механическую причинность» (Б э к о н).
Вся механика Ньютона была построена на основе детерминизма. Идеально строгая обусловленность всех процессов, выдвигаемая принципом причинности, неизбежно порождает ми. стический вывод о полной их обреченности, так как вводится представление о судьбе и не остается места для случайных явлений.
Для философов механического материализма случай— непознанная часть цепи причин и следствий. Представитель французского материализма ХЧП1 ~в. Поль Гольбах утверждал, что «природа есть лишь необъятная цепь причин и следствий. Случай — слово, лишенное .смысла... мы пользуемся словом случай, чтобы прикрыть наше незнание реальной причины...» В результате совершенствования механики все явления пытались сводить к механическим процессам и таким путем появилось представление о динамической за кон о мерности, которая была признана единственно возможной в природе.
Наиболее общим определением этой 'закономерности является положение, что по точно заданным значениям одних величин, характеризующих процесс или явление, можно строго найти значения каких-либо других величин. Абсолютно точное задание причин должно приводить с этой точки зрения к абсолютно точному определению следствий. Говоря об особенности механики, позволяющей описывать лишь одни обратимые процессы, мы уже касались этой динамической закономерности. Наиболее ярко этот взгляд был отражен и высказываниях выдающегося французского ученого и мыслителя Лапласа, писавшего, что «всякое явление связано с предшествующим на основании того очевидного принципа, что какое-либо явление не может возникнуть без производящей его причины. Таким образом, мы должны рассматривать настоящее состояние вселенной как следствие его предыдущего состояния и как причину последую- Л.
В. Рвяушвввич 98 Г л а в а П. Статистическая фиэика, механика и теомодинамика щего... Ум, которому были бы известны для какого-либо данного момента все силы, одушевляющие природу, и относительное положение всех ее составных частей, если бы вдобавок он оказался достаточно обширным, чтобы подчинить эти данные анализу, обнял бы в одной формуле движения огромных тел во вселенной, наравне' с движением легчайших атомов...
и будущее, так же, как и прошедшее, предстало бы перед его взором... Кривая, описанная простой молекулой воздуха илн пара, определена так же точно, как и орбиты планет: разницу между ними делает только наше незнание» |. Абсолютно неизбежную последовательность, которая выте.
кает из допущения динамической закономерности, весьма образно подчеркнул Энгельс, перечисляя ряд примеров, в которых афакты, вызванные не подлежащим изменению сцеплением причин и следствий, незыблемой необходимостью, и притом так, что уже газовый шар, из которого произошла солнечная система, был устроен таким образом, что эти события должны были случиться именно так, а не иначе. С необходимостью этого рода мы тоже еще не выходим за пределы теологического взгляда на природу.
Для науки почти безразлично, назовем ли мы это, вместе с Августином и Кальвином, извечным решением божиим, или, вместе с турками, кисметом, или же необходимостью»'. Динамическую закономерность приходится учитывать не только в механике, но также и ~в других разделах физики, например в теории электромагнитного поля и т. п.
Особенности динамических закономерностей выявляются при описании и изучении процессов в системах из относительно небольшого числа частей (частиц). Например, при описании за. конов взаимодействия двух молекул и т. п. Но если мы переходим к рассмотрению процессов в системах, состоящих из огромного числа частиц, например в макроскопическом количестве газа из колоссального числа молекул или в реальном куске металла, содержащем весьма большое число электронов, то динамические закономерности в таких системах уступают место закономерностям, которые носят название статистических з а к о н о м е р н о с т е й или, проще, законов статистики.
Для таких систем казалось бы возможнюм, задавая начальные условия, т. е. положения и скорости каждой частицы в избранный момент времени, установить с помощью уравнений механики (классической или квантовой) состояние системы в последую. ' П. С. Лаплас, Опыт философии теории вероятностей, Спб., 1908, стр. 8, 9, 11. а Ф.
Энгельс, Диалектика природы, Госполитиэдат, 1946, стр. 175. Э 2. Динамическая и стотистическая закономерности 99 щий момент времени, рассматривая поведение каждой частицы согласно динамическим представлениям. Однако эта задача принципиально не выполнима для указанных систем. Даже если не касаться реализации возможности решения колоссального количества дифференциальных уравнений, все равно уже при обсуждении самой задачи мы неизбежно должны прийти к выводу, что поведение системы из очень большого числа частиц (например, газа) в наблюдаемый момент практически полностью нЕ зависит от первоначального состояния, т.
е. от начальных условий (от начальных положений и скоростей молекул). Случайные столкнанения отдельных молекул, меняющееся направление движения этих молекул и их скорости приводят к образованию того молекулярного хаоса, о котором мы говорили в главе 1. В результате ~во всей системе из огромного числа молекул начальные условия окажутся полностью затерянными н не смогут оказать влияния на последующее поведение всей системы. Отсюда следует, что в системах из большого числа частиц, т.
е. в реальных макросистемах, должны иметь место статистические закономерности, отличающиеся посвоему характеру от динамических закономерностей, только вследствие м а се овости явлений, присущей огромному коллективу частиц таких систем. Ранее во введении (стр. 7) мы подчеркивали объективность случайности, независимость последней от нашего знания или незнания.
Отсюда следует, что статистическая закономерность также вполне объективна, она также не зависит от человека, а имеет место ~в самой реальной природе. Нельзя считать, что вероятностные законы, или законы статистики, являются результатом нашего недостаточного знания поведения отдельных частиц в макросистемах. Неправильным является устарелый взгляд, что вероятность отражает собой степень нашего незнания природных явлений.. Наоборот, в системах из большого числа частиц массовые статистические законы приводят к вполне определенному выводу о поведении системы в целом, однако ~вычисляемые характеристики являются средними, взятыми по совокупности. Рассматривая максвелловское распределение скоростей, мы вычислили средние скорости молекул, и полученные значения хорошо оправдываются на опыте.
Возвращаясь теперь к противоречиям между молекулярно- кинетической теорией и механикой, мы должны на основании анализа двух видов закономерностей установить, что молекулярно-кинетическая теория не является механической теорией. Хотя поведение отдельной молекулы подчиняется динамическим законам механики, в макросиствме (газе) проявляются статистические закономерности. Поэтому непосредственная обрати- 100 Глава Н. Статистическая физика, механика и термодинамика мость механических процессов касается только отдельной молекулы, тогда как во всей системе возможны не только обратимые, но также и необратимые изменения.
С этой точки зрения выясняется принципиальное значение парадоксов, которые мы ранее рассматривали. Уже признание молекулярного хаоса и введение гипотезы элементарного беспорядка указывают на статистический характер поведения систем из большого числа частиц. Статистические закономерности вообще не могут быть сведены к динамическим.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
