Заключение. Физические модели и реальность

Критика оснований статистической механики и термодинамики в пунктах их согласования с механикой началась с самого возникновения этих теорий и не прекращалась никогда. Основные пункты критики - несовместимость статистической вероятности с детерминированностью механики и противоречие закона возрастания энтропии сохранению в соответствии с уравнениями механики фазового объема, логарифмом которого она определяется. Парадоксы Гиббса, новые разрешения которых предлагаются до сих пор, подвергают сомнению и внутреннюю непротиворечивость статистической и термодинамической теорий. В разрешении этих трудностей всегда присутствовали явные натяжки, причем проблема выглядела тем более загадочной, что все эти трудности возникали уже для предельно простой системы из набора частиц в ящике, отчетливо просматривающейся во всех отношениях, так что, казалось, и решение должно было бы быть таким же простым, естественным и ясным. В такой ситуации в качестве первой и непосредственной была поставлена задача подробного, достоверного и бесспорного определения исходного выражения для энтропии системы частиц в ящике.

Первоначальные поиски (не отpаженные в книге) свелись к попыткам построить выражение для энтропии как какой-то функции от состояния частиц, учитывающей их расположение внутри объема. На этот путь толкала как обычная идеология классической физики, согласно которой физические величины полностью порождаются наблюдаемым объектом и соответственно строятся как функции состояния изучаемой системы в некоторых обстоятельствах, так и обычные интуитивные представления о поведении энтропии в зависимости от степени равномерности распределения частиц по координатам внутри заключающего их объема: сконцентрированы частицы в малой области - энтропия мала, разбегаются по объему - она возрастает. Однако определения, с течением времени все более усложнявшиеся, неизбежно оказывались не единственными и не обязательными. Особенно трудно совмещалась оценка равномерности распределения по объему с необходимостью учесть объем как скаляр (число), каким он выступает в статистике и термодинамике. Так продолжалось до тех пор, пока «решения» не стали такими изощренными, что стало очевидным, что система по своей простоте их не заслуживает и что этот путь - тупиковый. В сущности все усилия были потрачены на то, чтобы в согласии со стандартным пониманием энтропии как логарифма вероятности состояния оценить нетривиальным образом в действительности нулевую вероятность любого заданного расположения точек в объеме.

Затем как в связи со смутным пониманием, что должна быть какая-то затравочная ненулевая область - ведь нельзя же, в самом деле, для известных комбинаторных оценок вероятности состояния продлевать разбиение объемов на части до бесконечности, - так и из-за некоторой свободы для движения частиц между их ударами о стенки была предпринята попытка найти, в чем и как в наблюдениях проявляется эта свобода. Так была обнаружена ненулевая неточность с размерностью действия. Сразу же стало ясно, что, во-первых, она тесно связана с энтропией, и, во-вторых, она оценивает не саму по себе систему, а контроль над ней со стороны «наблюдателя» с помощью объема и давления. Все остальное было менее принципиальным и касалось только конкретных уточнений и согласований.

По сравнению с классической физикой теперь появились два новых связанных между собой момента. Классической механике соответствует нулевая неточность в действии. Именно в связи с таким ее характером обнаружение в реальности ненулевого планковского кванта действия вызвало в свое время шок, не вполне прошедший и до сих пор. Теперь же, это первое, и в классической модели фазовая точка системы частиц в некотором смысле расплылась, т.е. и классическая физика оказалась не вовсе чуждой неопределенности в действии. Во-вторых, в разряд физических величин, традиционно считавшихся более или менее точно описывающими внешний по отношению к наблюдателю материальный мир, вошла характеристика, описывающая не сам этот внешний мир, а связь с ним субъекта, и без субъекта вообще не существующая. Аналогично тому, как полтоpа века назад было показано в экономике, что деньги - это не вещь, а общественное отношение, тепеpь показано, что энтpопия - это не собственное свойство вещи, а наше к ней отношение. Стало понятным, что детерминизм и вероятность, обратимость и необратимость существуют в разных сферах, говорят о разном и поэтому могут без противоречий существовать одновременно. Детерминизм и обратимость в классической модели присущи самой системе. Вероятность же отображает неоднозначность, не полную определенность с точки зрения действующего субъекта результатов не вполне точного контроля над системой, а необратимость есть обобщение результатов неточных наблюдений поведения приготовленных неравновесных состояний в течение времен, малых по сравнению с периодами возврата исходных состояний. Прежние анализы (исключая работы Смолуховского) оснований статистики не различали в достаточной мере разницу уровней описания, что приводило к неустранимым противоречиям. Парадоксы Гиббса снялись обоснованным сужением области приложения, для которой пишется выражение энтропии, и более конкретным учетом обстоятельств, порождающих аддитивность энтропии. И в этом вопросе проблемы возникали в основном из-за смешивания возможностей, которые может дать в основе своей механическая система, с теми, которые реально обеспечивает относительно грубый контроль над системой с помощью термодинамических параметров объема и давления.



 
2007-2017. © В.Б. Губин - собрание книг автора.
Для связи с администрацией используйте форму обратной связи