Циклы времени: Новый взгляд на эволюцию Вселенной-3

http://www.polit.ru/article/2013/09/28/ps_penrose3/

РОДЖЕР ПЕНРОУЗ

Циклы времени: Новый взгляд на эволюцию Вселенной-3

В книге «Циклы времени: Новый взгляд на эволюцию Вселенной» Роджер Пенроуз пытается дать ответ на вопрос, что было до Большого взрыва.Введение.Глава 1.1.

1.2. Энтропия и число состояний системы

Разговор об энтропии начнем с обсуждения вопроса о том, каким образом физикам вообще удается количественно оценить столь непростой фактор, как неупорядоченность (беспорядок, хаотичность и т. п.) любой системы. Почему, собственно говоря, мы прекрасно понимаем, что разбившееся яйцо в описанном ранее примере олицетворяет хаос, а исходное яйцо — порядок? Для понимания общей концепции энтропии и смысла второго закона обратимся к рассмотрению гораздо более простых систем, например, в задаче смешивания двух красок в растворе.

Предположим, что мы наливаем в сосуд две жидкие краски (красного и синего цвета) и тщательно перемешиваем их. Смесь будет постепенно менять цвет, приобретая пурпурную окраску, и это означает, что отдельные комочки разных красок разрушаются (вплоть до уровня отдельных молекул с характерным цветом) и теряют свою индивидуальность, в результате чего смесь становится однородной. На микроскопическом уровне все физические процессы перемешивания красок, безусловно, обратимы во времени, но никакое дальнейшее перемешивание никогда не возвратит систему к исходному состоянию. Для пояснения отметим, что механическое перемешивание и его интенсивность в этом случае не играют принципиальной роли, так как два жидких красителя в одном сосуде вполне могут смешиваться самопроизвольно (особенно при нагревании), так что само механическое перемешивание смеси лишь ускоряет процесс гомогенизации системы. С точки зрения второго закона и изменения энтропии, процесс соответствует совершенно естественному переходу от исходного состояния (система с отдельными красителями, где величина энтропии относительно невелика) к конечному состоянию с беспорядочно перемешанными молекулами красителей, в результате чего энтропия должна существенно возрасти. Описанная простая ситуация с перемешиванием молекул красок не только явно демонстрирует действие второго закона, но и позволяет глубже понять и проанализировать его смысл в целом.

Для более серьезного рассмотрения концепции энтропии необходимо тщательно изучить процессы, происходящие в системе на микроскопическом уровне, и установить, какая именно конкретная характеристика системы соответствует понятию энтропии, т. е. степени ее неупорядоченности. Собственно говоря, эта характеристика очень проста — почти элементарна, но ее определение и расчет связаны с некоторыми тонкими физико-математическими соображениями. Основную роль в разработке представлений об энтропии сыграли работы великого австрийского физика Людвига Больцмана, который и применил теорию вероятностей для расчета различных состояний физических систем. Сущность метода легко пояснить на примере рассматриваемого процесса перемешивания частиц или молекул красителей двух типов, рассчитав конкретно число всех возможных положений таких молекул при перемешивании.

12 3 4 Следующая ⇒