2.2. Выделяют ли неравновесные процессы знак времени?

Как представляется на первый взгляд, иное положение в термодинамике. Так, нагретый чай, тепловым поведением которого ведает термодинамика, «после», в будущем, всегда холоднее, чем «до». Неоднородности температуры только сглаживаются, что и отражается законами термодинамики. Поэтому говорят, что термодинамика в противоположность механике выделяет знак времени, ее закономерности жестко увязаны с направлением хода времени.

Разумеется, (или предположим, что) с хорошей точностью чай и окружающая его среда могут быть представлены состоящими из частиц, подчиняющихся механике. В таком случае никакая тенденция в самостоятельном развитии систем не должна быть выделена, т.е. самопроизвольное нагревание должно бы обнаруживаться так же часто, как и самопроизвольное охлаждение. Однако реальный чай предпочитает всегда только охлаждаться. Но не может же система одновременно что-то и предпочитать (согласно термодинамике) и не предпочитать (по механике)!

Почти все авторы - т.е. практически кроме полагающих «стрелу» времени выделенной так называемым приготовлением - представляют себе, что в положительном направлении времени энтропия будет возрастать, система приближаться к равновесию, а в отрицательном направлении (при смене направления хода времени) энтропия будет уменьшаться - тоже монотонно в соответствии с монотонностью прямого процесса. Но если говорить по существу дела, то термодинамические тенденции сохранились бы и при смене знака времени.

Посмотрим на проблему на упрощенном примере. Постараемся ответить на вопрос: почему нагретый чай всегда только остывает и почему он никогда хотя бы на какой-то заметный интервал времени не нагревается дополнительно сверх начальной температуры за счет тепла окружающей среды?

Если спросить об этом не специалиста по этой проблеме, то часто можно услышать: потому, что чай нагрет больше, чем окружающий воздух, а более нагретые частицы (обладающие большей кинетической энергией) передают часть своей энергии менее нагретым частицам среды по аналогии с выравниванием уровней жидкости в сообщающихся сосудах. Но такая аналогия ничего не объясняет. Если в сообщающихся сосудах находится идеальная жидкость без вязкости (а только тогда можно проводить более или менее прямую аналогию с механической системой частиц), то будет наблюдаться картина периодических незатухающих колебаний уровней, никакого предельного состояния равновесия и никакой монотонности процесса не будет. Ссылка же на диссипацию (растрату энергии колебаний на преодоление вязкого трения) в объяснении успокоения качки уровней здесь не корректна, так как эта ссылка лишь отодвигает объяснение, ибо диссипация - термодинамическое явление, а объяснять термодинамику термодинамикой не следует.

Для механики, управляющей движением частиц системы, абсолютно безразлично, в какую сторону будет передаваться кинетическая энергия: от более энергетичных частиц менее энергетичным или наоборот. Механика в этом смысле полностью симметрична. Любой процесс перераспределения кинетической энергии, идущий в одну сторону, заменой направления хода времени (или, что то же самое, сменой знаков скоростей частиц) - при сохранении кинетических энергий у частиц! - обращается. То есть для того, чтобы предсказать, будут ли кинетические энергии частиц чая и среды выравниваться или они будут еще более расходиться, необходимо кроме кинетических энергий знать еще и знаки скоростей частиц, на что кинетические энергии, квадратичные по скоростям, не указывают. Распределение температур, строго говоря, еще не указывает на направление последующего процесса в системе, но мы, тем не менее, с поразительным успехом это делаем!

Практическую нереализуемость движения системы в сторону возрастания неоднородностей в распределении плотностей и температуры по частям системы Пригожин, как и некоторые другие авторы, связывает с тем, что такое «антитермодинамическое» движение требует сильной и, соответственно, маловероятной скоррелированности (согласованности) в положениях и скоростях частиц, не видя, что движения в двух противоположных направлениях скоррелированы совершенно одинаково, различаются только знаками скоростей частиц, т.е. с точки зрения предпочтений механики абсолютно несущественным фактором (а с точки зрения термодинамики, которая ничего не знает о частицах - вообще ненаблюдаемым и неопределимым). Всякое механическое движение столь же скоррелировано, как и любое другое, в механике понятие скоррелированности попросту отсутствует. Поэтому ссылки на различную скоррелированность различных участков или противоположных по направлению прохождений одной и той же траектории движения системы создают лишь видимость объяснения.