|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ВАЖЛИВІ НАУКОВІ ВІДКРИТТЯ
Аш-теорема. Історія та суть наукового відкриття
Довідник / Найважливіші наукові відкриття Людвіг БольцманАвтор "аш-теореми", без сумніву, був найбільшим вченим і мислителем, якого дала світові Австрія. Ще за життя Больцмана, незважаючи на становище ізгою в наукових колах, було визнано великим ученим, його запрошували читати лекції до багатьох країн. Проте деякі його ідеї залишаються загадкою навіть у наш час. Сам Больцман писав себе: " Ідеєю, що заповнює мій розум і діяльність, є розвиток теорії " . А Макс Лауе пізніше цю думку уточнить так: "Його ідеал полягав у тому, щоб поєднати всі фізичні теорії у єдиній картині світу".Людвіг Едуард Больцман народився у Відні 20 лютого 1844 року. Людвіг навчався блискуче, а мати заохочувала його різноманітні інтереси, давши йому всебічне виховання. У 1863 році Больцман вступив до Віденського університету, де вивчав математику та фізику. Тоді максвеллівська електродинаміка була новим досягненням теоретичної фізики. Не дивно, що й перша стаття Людвіга була присвячена електродинаміці. Проте вже у другій своїй роботі, опублікованій у 1866 році у статті "Про механічне значення другого початку термодинаміки", де він показав, що температура відповідає середній кінетичній енергії молекул газу, визначилися наукові інтереси Больцмана. Восени 1866 року, за два місяці до здобуття докторського ступеня, Больцман був прийнятий до Інституту фізики на посаду професора-асистента. В 1868 Больцману було присвоєно право читання лекцій в університетах, а роком пізніше він став ординарним професором математичної фізики в університеті в Граці. У цей період він окрім розробки своїх теоретичних ідей займався і експериментальними дослідженнями зв'язку між діелектричною постійною та показником заломлення з метою отримати підтвердження максвелівської єдиної теорії електродинаміки та оптики. Для своїх експериментів він двічі брав в університеті коротку відпустку, щоб попрацювати в лабораторіях Бунзена та Кенігсбергера у Гейдельберзі та Гельмгольця та Кірхгофа у Берліні. Результати цих досліджень було опубліковано у 1873–1874 роках. Больцман брав також активну участь у плануванні нової Фізичної лабораторії у Граці, директором якої він став у 1876 році. Ще 1871 року Больцман зазначив, що другий закон термодинаміки можна вивести з класичної механіки лише з допомогою теорії ймовірності. У 1877 році у "Віденських повідомленнях про фізику" з'явилася знаменита стаття Больцмана про співвідношення між ентропією та ймовірністю термодинамічного стану. Вчений показав, що ентропія термодинамічного стану пропорційна ймовірності цього стану і що ймовірності станів можуть бути розраховані на підставі відношення між чисельними характеристиками розподілів молекул, що відповідають цим станам. Необоротні процеси у природі, за Больцманом, є процеси переходу з менш імовірного стану більш імовірне. Оборотні переходи не можливі, а малоймовірні. Тому ентропія повинна бути пов'язана з ймовірністю даного стану системи. Цей зв'язок був встановлений Больцманом у його так званій Н-теоремі. "Аш-теорема" стала вершиною вчення Больцмана про світобудову. Формула цього початку була пізніше висічена як епітафія на пам'ятнику над його могилою. Ця формула дуже схожа за своєю суттю із законом природного відбору Чарльза Дарвіна. Тільки "Аш-теорема" Больцмана показує, як зароджується і протікає "життя" самого Всесвіту. "Так само, як диференціальні рівняння представляють лише математичний метод обчислення та їх справжній зміст, - пише Больцман, - можна зрозуміти тільки за допомогою уявлень, заснованих на великій кінцевій кількості елементів, поряд із загальною термодинамікою, і не применшуючи її важливості, яка ніколи не може похитнутись, розвиток механічних уявлень, що роблять її наочною, сприяє поглибленню нашого пізнання природи, причому не всупереч, а саме тому, що вони не у всіх пунктах збігаються із загальною термодинамікою, вони відкривають можливості нових точок зору”. Ці нові погляди у тому, що переходи системи з одного стану до іншого підпорядковуються законам теорії ймовірностей. "Введення теорії ймовірностей на розгляд механічних систем (а частки тіла в теорії Больцмана підпорядковуються законам механіки), - пише у своїй книзі П.С. Кудрявцев, - здається протиріччям. Динамічна закономірність, з якою має справу механіка, була настільки визначеною, що вже Лапласа вважав, що якби розуму було доступне знання розташування всіх частинок Всесвіту в даний момент і сил, що діють між ними, то він за наявності у нього здатності до математичної обробки цих даних зміг би з достовірністю передбачити майбутнє Всесвіту, так само як і побачити його минуле. Яким чином закони механіки в кінетичній теорії призводять до статистики? Больцман відповідає на це питання: причина статистики полягає у самій механіці, у початкових умовах. Незначні шорсткості стінок судини, про які вдаряються молекули газу, достатні, щоб внести хаос у початковий порядок, якби він мав місце. Закони збереження при зіткненні двох молекул залишають повний простір для напрямків швидкостей після удару. Усе це призводить до того, що саме внаслідок механічних взаємодій молекул упорядкований їхній рух стає неймовірним, а хаотичний – найбільш ймовірним”. Розвиток цього ходу думок спричинило Больцмана до нової точки зору на другий закон термодинаміки. Цей закон Больцман формулює наступним чином: "Коли довільна система тіл буде надано самій собі і не схильна до дії інших тіл, то завжди може бути зазначено напрям, в якому відбуватиметься кожна зміна стану". Цей напрямок може бути характеризується зміною деякої функції стану - ентропією, яка змінюється зі зміною стану системи у бік зростання. Звідси висновок, "що всяка замкнута система тіл прагне певного кінцевого стану, котрим ентропія буде максимум!" Як же примирити цю спрямованість із оборотністю рівнянь механіки? Чи природа невблаганним роком наближається до свого природного кінця - "теплової смерті"? Больцман вперше дав статистичну інтерпретацію другого закону, розкрив його імовірнісний характер. Суперечності між оборотністю рівнянь механіки та незворотністю процесів у замкнутій механічній системі немає. Уявімо барабан, заповнений наполовину білими і наполовину чорними кулями, що лежать одні поверх інших. Якщо привести барабан у обертання, то через механічні закони кулі будуть перемішуватися і, зрештою, білі та чорні кулі перемішуються рівномірно, дадуть у всьому обсязі однакову "строкатість". Сукупність куль перейшла з менш імовірного стану більш імовірне. Німецький фізик Клаузіус зробив висновки з другого початку термодинаміки щодо неминучості теплової смерті. Ці думки були взяті на озброєння не тільки багатьма фізиками, головним чином до них звернулися філософи, які отримали потужні, здавалося б, незаперечні аргументи на користь ідеалістичних концепцій про початок і кінець світу, в тому числі і на користь емпіріокритицизму, вчення Е. Маха та "енергетичного" Вчення В. Оствальда. Своєю "Аш-теоремою" невгамовний Людвіг Больцман заявив: "Теплова смерть - блеф. Жодного кінця світу не передбачається. Всесвіт існував і існуватиме вічно, бо він складається не з наших "чуттєвих уявлень", як вважають емпіріокритики, і не з різного роду. енергій, як вважають оствальдівці, та якщо з атомів і молекул, і другий початок термодинаміки треба застосовувати не стосовно якогось "ефіру", духу чи енергетичної субстанції, а до конкретних атомів і молекул". Навколо "Аш-теореми" Людвіга Больцмана миттєво розгорілися не менші за розпалом дискусії, ніж по тепловій смерті. "Аш-тео-рема" і висунута на її основі флуктуаційна гіпотеза були препаровані з усією ретельністю і скрупульозністю і, як і слід було чекати, виявили в собі сяючі, непробачні, начебто, для такого великого вченого, як Больцман, вади. Виявилося, що якщо прийняти за істину гіпотезу Больцмана, то треба прийняти за віру і таке жахливе припущення, що не вкладається ні в які рамки здорового глузду: рано чи пізно, а точніше вже зараз, десь у Всесвіті повинні йти процеси у зворотному другому початку напрямі, тобто тепло має переходити від холодніших тіл до гарячіших! Чи це не абсурд. Больцман цей "абсурд" відстоював, він був глибоко переконаний, що такий хід розвитку Всесвіту є найбільш природним, бо він є неминучим наслідком його атомної будови. Навряд чи "Аш-теорема" здобула б таку популярність, якби була висунута якимсь іншим вченим. Але її висунув Больцман, який вмів не тільки побачити за завісою прихований від інших світ, але й уміли захищати його з усією пристрастю генія, озброєного фундаментальними знаннями як фізики, так і філософії. Кульмінацією драматичних подій між фізиком-матеріалістом і махістами, мабуть, слід вважати з'їзд дослідників природи в Любеку в 1895 році, де Людвіг Больцман своїм друзям-ворогам дав генеральну битву. Він здобув перемогу, але після з'їзду відчув ще більшу порожнечу навколо себе. В 1896 Больцман написав статтю "Про неминучість атомістики у фізичних науках", де висунув математичні заперечення проти оствальдівського енергетизму. Аж до 1910 року саме існування атомістики постійно залишалося під загрозою. Больцман боровся поодинці і боявся, що справа всього його життя опиниться в забутті. Зрештою, Больцман не витримав колосального напруження, впав у глибоку депресію і 5 вересня 1906 покінчив життя самогубством. Дуже сумно, що він не дожив до воскресіння атомізму і помер з думкою, що про кінетичну теорію всі забули. Однак багато ідей Больцмана вже знайшли свій дозвіл у таких разючих відкриттях, як ультрамікроскоп, ефект Доплера, газотурбінні двигуни, звільнення енергії атомного ядра. І це лише окремі наслідки атомної будови світу. Автор: Самін Д.К.
▪ Закон простих об'ємних відносин
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Два ківі на день рятують від депресії ▪ Мікрочіпи 3D TLC NAND 32 Гбайт ▪ Автомобіль у керамічній броні ▪ Seagate першою оснастила зовнішній жорсткий диск модемом 4G LTE ▪ Система одержання водню з водопровідної води без електролізу
▪ Розділ сайту Електроживлення. Добірка статей ▪ стаття Теплова електростанція. Історія винаходу та виробництва ▪ стаття Чому француженки не гладшають? Детальна відповідь ▪ стаття Функціональний склад телевізорів Orta/Philips. Довідник
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page