|
По-другому звучат теперь для нас слова Демокрита. — Ты был прав,— сказали бы мы нашему мудрому предку.— Мир и впрямь движется вниз, если под словом «вниз» понимать «в сторону увеличения энтропии». Еще несколько слов по этому поводу. Достигнув состояния, характеризуемого наивысшей энтропией, большую часть времени система будет находиться в этом состоянии. Наблюдая систему в каждый момент, мы могли бы убедиться, что энергия распределяется между шариками (молекулами) каждый раз по-разному, но в подавляющем большинстве случаев равномерно. Состояния с равномерным распределением энергии практически не отличимы друг от друга, и можно сказать, что подавляюще большую часть времени система находится в одном и том же состоянии, в котором ничего не меняется. Синонимом для выражения «ничего не меняется» служит слово «равновесие». Так мы пришли к формулировке очень важного положения: энтропия системы, находящейся в равновесии, равна максимально возможному для данной системы значению. Каким же законам подчиняются тепловые явления? Во-первых, закону сохранения энергии и, во-вторых, закону неубывания энтропии. Величина энергии показывает, сколько работы может совершить система (как вы скоро увидите, с некоторыми ограничениями), а величина энтропии — куда будет направлена эта работа. Но ни энергия, ни энтропия по отдельности не дают исчерпывающего описания системы. С другой стороны, зная энергию и энтропию, можно предсказать поведение системы настолько точно, насколько это вообще возможно. Закономерности, изучаемые в термодинамике, представляют собой следствия закона сохранения энергии и закона неубывания энтропии, взятых вместе. Самое замечательное во всем этом следующее. Закон неубывания энтропии есть не что иное, как высказанная другими словами мысль о том, что состояние, в котором все перемешано («все» — это либо энергии молекул, либо номера лотерейных билетов), реализуется наибольшим возможным числом способов. Аналогичным образом закон сохранения энергии есть только высказанная другими словами мысль о том, что окружающий нас мир симметричен во времени. Действительно, если бы энергия не сохранялась, а, скажем, убывала бы со временем, то рано или поздно полная энергия Вселенной оказалась бы отрицательной и окружающий нас мир стал бы невыразимо иным. Какова она — температура? Любые термодинамические, т. е. связанные с теплом, процессы, могут быть исчерпывающим образом описаны, если пользоваться только понятиями энергии и энтропии участвующих в этих процессах тел или систем. Но и у энергии, и у энтропии есть одно неудобное свойство: и та и другая — величины аддитивные. Это означает, что если две системы обладают каждая определенным запасом энергии и определенной величиной энтропии, то после объединения этих систем в одну ее полная энергия (энтропия) будет равна сумме энергий (энтропии) соединившихся частей. Следовательно, величины энергии и энтропии зависят от количества молекул, участвующих в процессах. Конечно, было бы желательно располагать какой-то величиной, не зависящей от количества веществ. Зачем? Ну, например, выходите вы утром на балкон, чтобы узнать, как надо одеться, и получаете исчерпывающую информацию. Вряд ли ощущения, которые вы получаете, выйдя за дверь, зависят от количества наружного воздуха. — 17 —
|