ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Проблема Больцмана. Макроскопическая необратимость и микроскопическая обратимость из "Неравновесная термодинамика и физическая кинетика " Статистическая физика исторически возникла из рассмотрения вопроса о том, как объяснить или истолковать законы термодинамики на основе классической механики совокупности большого числа атомов. Эту проблему по праву называют проблемой Больцмана, который занимался ею всю свою жизнь и первым дал ее 1решение. [c.125] На первый взгляд задача представляется неразрешимой . Действительно, по законам термодинамики замкнутая макроскопическая система всегда стремится прийти в состояние равновесия с максимальной энтропией и остаться в этом состоянии при неизменных ее макроскопических характеристиках. Законы же механики инвариантны по отношению к обращению знака времени, так что, если изменить направление скоростей на обратные, механическая система пройдет свой путь в обратном направь лении и по теореме возврата Пуанкаре сколь угодно близко вернется к начальному состоянию. [c.125] Таким образом, с механической точки зрения движение системы молекул является квазипериодическим, и ничего похожего на- стремление к равновесию здесь нет находится или не находится система в равновесии — не играет никакой роли. С другой стороны, термодинамика утверждает, что изолированная неравновесная система должна монотонно приближаться к равновесию. Возникает, казалось бы, противоречие между обратимостью механических движений молекул системы и необратимостью макроскопических процессов в ней. Однако это противоречие лишц кажуп1ееся, и его устранили Больцман, а затем Гиббс, указывая на различный уровень описания состояния системы многих частиц механикой и термодинамикой. [c.125] Задание координат и импульсов всех атомов системы для определения ее механического состояния не является необходимым для задания макроскопического состояния системы, определяемого небольшим числом макроскопических величин. [c.125] Чтобы задать макросостояние системы и определить ее эволюцию знания отдельных микросостояний недостаточно, необходимо знать еще немеханическую характеристику — частоту осуществления микросостояний или их вероятность. [c.125] Таким образом, механическая квазипериодичность замкнутой системы и ее макроскопическое поведение (необратимое приближение к равновесию и пребывание в нем) сосуществуют одновременно и не противоречат друг другу. Вследствие обратимости движения атомов газа его макросостояние столь же часто будет самопроизвольно отклоняться от равновесного состояния, как и возвращаться в него на пути цикла Пуанкаре при механической квазипериодичности. И всякий раз на ограниченном временном интервале макроскопического возвращения системы к равновесию процесс будет необратимым, сопровождающимся ростом энтропии. На интервале же отклонения системы от равновесия ее энтропия будет уменьшаться. Если, однако, отклонение системы от равновесия в некоторый момент времени было вызвано внешним вмешательством, то начиная с этого момента в изолированной системе с наибольшей вероятностью возникнет необратимый процесс. [c.126] В этом и заключается решение проблемы Больцмана о макроскопической необратимости и микроскопической обратимости. [c.126] К приложениям газокинетического уравнения Больцмана мы в дальнейшем еще вернемся, а сейчас изложим вывод кинетического уравнения для плазмы — системы частиц с дальнодейству-ющими силами взаимодействия. [c.127] Вернуться к основной статье