Головна

Статистичні закономірності в природі

  1. IV. Багатовимірні статистичні методи
  2. А) Закономірності, пов'язані з металевими і неметалевими властивостями елементів.
  3. Анатомо-фізіологічні механізми мовлення і основні закономірності її розвитку у дитини
  4. Антична філософія про природу і сутність людини.
  5. Б) притаманне природі, суспільству і свідомості
  6. Б) притаманне природі, суспільству і свідомості
  7. БАЗОВІ ПРИНЦИПИ І ЗАКОНОМІРНОСТІ В ПРИРОДІ

6. 1. «Стріла часу» і проблема незворотності в природознавстві

Однією з основних проблем в класичній фізиці довгий час залишалася проблема незворотності реальних процесів в природі. Якщо зняти фільм про хаотичному русі однієї частки в деякому замкнутому просторі і показати цей фільм, прокручуючи плівку в зворотному напрямку, то нічого неправдоподібно в поведінці частки не виявиться. Більш того, просто неможливо буде навіть визначити, в який бік прокручувалась плівка. У цьому випадку говорять, що рух частинки оборотно. Практично нічого не зміниться і в випадках, коли проглядається фільм про хаотичному русі двох, трьох і взагалі будь-якого невеликого числа незалежних частинок (рис. 6.1, а).

Однак коли частинок стає досить багато, в їх спільному поведінці проявляється нова закономірність. Якщо, наприклад, на початку фільму все частки перебували в якомусь певному місці обсягу, то в подальшому вони розподіляються за обсягом більш-менш рівномірно (рис. 6.1, б), і якщо при демонстрації фільму виявляється, що частинки мимовільно скупчуються в якому -то місці, можна бути впевненим, що плівка прокручувалась в зворотному напрямку. Така поведінка, коли стану системи можуть з'являтися тільки в певній послідовності, називається незворотнім.

Майже всі реальні процеси в природи є незворотними: це і загасання маятника, і еволюція зірки, і людське життя. Незворотність процесів в природі як би задає напрямок на осі часу від минулого до майбутнього. Це властивість часу англійський фізик і астроном А. Еддінгтон образно назвав «стрілою часу».

Чому ж, незважаючи на оборотність поведінки однієї молекули, ансамбль з великого числа таких молекул поводиться істотно необоротно? У чому природа незворотності? Як обгрунтувати незворотність реальних процесів, спираючись на закони механіки Ньютона? Ці та інші аналогічні питання хвилювали уми найбільших учених XVIII - XIX століть.

Спочатку з проблемою незворотності зіткнулися в області термодинаміки, яка займається тепловими явищами в природі. Слід зазначити, що аж до початку XVIII століття вважалося, що ці явища обумовлені наявністю в тілах певної «рідини» - теплорода. Цією концепції дотримувалися багато видатних учених. Гіпотеза теплорода, добре пояснювала процеси нагрівання тіл,

Мал. 6.1. Оборотне поведінка невеликого числа точок (а) і незворотний перехід до рівноважного розподілу великий сукупності точок (б)

їх теплового розширення, теплообмін, і багато інших явищ, вона не завадила великому С. Карно закласти основи термодинаміки і створити теорію теплових машин. Саме Карно першим звернув увагу на незворотність теплових процесів, яка, зокрема, проявляється в тому, що тепло не може мимовільно перетікати від холодного тіла до гарячого.

Після відмови від гіпотези теплорода і переходу до молекулярно-кінетичної моделі теплових явищ виникла надія звести теплоту до механіки, що на зорі класичного природознавства було кінцевою метою будь-якої теорії. Формально для цього треба було записати рівняння руху (ma = F) І задати початкові стану кожної молекули нагрітого тіла (наприклад, газу). Однак ні вирішити таку дивовижно велику систему уравненій1, ні, найголовніше, проаналізувати отримане рішення, якби навіть це і вдалося, виявилося неможливим. А значить і природа незворотного поведінки при механічному підході до цієї проблеми не розкривається.

 



характеристикам | Виникнення статистичної механіки
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати