Термодинамика (Сборник рефератов). Черный А.А. - 8 стр.

тал второе начало термодинамики справедливым, пока мы имеем дело с
телами, обладающими большой массой, когда нет возможности различать в
этих массах отдельные молекулы и работать с ними. Он предложил проде-
лать мысленный эксперимент - представить себе существо, способное сле-
дить за каждой молекулой во всех ее движениях, и разделить какой-либо
сосуд на две части перегородкой с маленьким отверстием в ней. Это су-
щество (названное "демоном Максвелла"), способное различать отдельные
молекулы, будет попеременно то открывать, то закрывать отверстие таким
образом, чтобы быстро движущиеся молекулы могли переходить в другую
половину. В этом случае "демон Максвелла" без затраты работы смог бы
повысить температуру в первой половине сосуда и понизить во второй во-
преки второму началу термодинамики.
         Данный процесс асимметричен во времени - без внешнего вмеша-
тельства он не может стать обратимым. Т.е. бессмысленно ожидать в этом
случае, что газы вернутся в первоначальное положение. Можно сказать, что
в природе порядок стремится уступить место беспорядку. Однако можно
привести примеры, которые как будто бы противоречат данному принципу
возрастания энтропии. Так, живые системы в своем развитии усложняются,
вырастающие из жидкости кристаллы являются упорядоченные этой жид-
кости и т.д. Однако полная энтропия системы вместе с окружающей сре-
дой возрастает, ибо биологические процессы осуществляются за счет эн-
тропии солнечного излучения и т.д.
         Л.Больцман, предпринявший попытку объяснить, почему порядок
уступает место беспорядку, сформулировал H-теорему, являющуюся
результатом соединения двух подходов к приближению газа к состоянию
равновесия - макроскопического (законов ньютоновской механики, опи-
сывающих движение молекул) и микроскопического (исходящего из
представления газа как стремящегося к беспорядочному перераспределе-
нию). Из теоремы следовал вывод о том, что энтропия может только
возрастать - таково поведение термодинамических систем во времени.
         Однако с Н-теоремой Больцмана оказался связанным парадокс,
вокруг которого возникла дискуссия. Суть заключается в том, что с помо-
щью одной основанной на механике Ньютона молекулярной теории доказать
постоянный рост энтропии замкнутой системы нельзя, поскольку нью-
тоновская механика симметрична во времени - любое движение атомов,
основанное на законах ньютоновской механики, может быть представлено
как происходящее в обратном направлении. Т.к. асимметрию нельзя вы-
вести из симметрии, то теорема Больцмана (которая на основе лишь одной
механики Ньютона утверждает, что возрастание энтропии асимметричного
во времени) не может быть верной - для доказательства необходимо было к
законам механики добавить и асимметрию. Так что чисто механическая
интерпретация закона возрастания энтропии оказывалась несостоятельной.
На это первым обратили внимание Й.Лошмидт и Э.Цермело.
         При выводе Н-теоремы Больцман кроме механики Ньютона
опирался на предположение о молекулярном хаосе, которое, однако, не
                                   8