เช่นเดียวกับกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์แนะนำฟังก์ชันสถานะ - พลังงานภายใน กฎข้อที่สองแนะนำฟังก์ชันสถานะที่เรียกว่า เอนโทรปี (S) (จากภาษากรีก เอนโทรเปีย- เทิร์น, การเปลี่ยนแปลง) การพิจารณาการเปลี่ยนแปลงในฟังก์ชันนี้นำไปสู่การแบ่งกระบวนการทั้งหมดออกเป็นสองกลุ่ม: กระบวนการที่ย้อนกลับได้และไม่สามารถย้อนกลับได้ (เกิดขึ้นเอง)

กระบวนการนี้เรียกว่า ย้อนกลับได้หากสามารถดำเนินการได้ในทิศทางไปข้างหน้าก่อนแล้วจึงไปในทิศทางตรงกันข้ามและในลักษณะที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ หลงเหลืออยู่ทั้งในระบบหรือในสิ่งแวดล้อม กระบวนการที่สามารถย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ - สิ่งที่เป็นนามธรรมแต่กระบวนการหลายอย่างสามารถดำเนินการได้ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าวซึ่งความเบี่ยงเบนจากการพลิกกลับได้น้อยมาก ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นที่ในแต่ละขั้นตอนเล็ก ๆ สถานะของระบบที่กระบวนการนี้เกิดขึ้นจะสอดคล้องกับสถานะของสมดุล

สถานะของความสมดุล- สถานะพิเศษของระบบอุณหพลศาสตร์ที่ผ่านไปอันเป็นผลมาจากกระบวนการที่ย้อนกลับได้หรือไม่สามารถย้อนกลับได้และสามารถคงอยู่ที่นั่นได้อย่างไม่มีกำหนด กระบวนการจริงสามารถเข้าใกล้สิ่งที่ย้อนกลับได้ แต่ด้วยเหตุนี้จึงต้องเกิดขึ้นอย่างช้าๆ

กระบวนการนี้เรียกว่า กลับไม่ได้ (โดยธรรมชาติ, โดยธรรมชาติ, โดยธรรมชาติ)หากมีการกระจายพลังงานมาด้วย เช่น การกระจายที่สม่ำเสมอระหว่างส่วนต่างๆ ของระบบอันเป็นผลมาจากกระบวนการถ่ายเทความร้อน

ข้อมูลต่อไปนี้สามารถกล่าวถึงเป็นตัวอย่างของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้:

การแช่แข็งของของเหลวซุปเปอร์คูล

การขยายตัวของก๊าซเข้าไปในพื้นที่อพยพ

การแพร่กระจายในเฟสก๊าซหรือของเหลว

ระบบซึ่งมีกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้เกิดขึ้นสามารถกลับสู่สถานะเดิมได้ แต่หากต้องการทำเช่นนี้ จะต้องทำงานบนระบบก่อน

กระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้นั้นรวมถึงกระบวนการที่แท้จริงส่วนใหญ่ เนื่องจากกระบวนการเหล่านี้มักจะมาพร้อมกับงานที่ต้องต้านแรงเสียดทาน ส่งผลให้เกิดการใช้พลังงานอย่างไร้ประโยชน์ ควบคู่ไปกับการสูญเสียพลังงาน

เพื่ออธิบายแนวคิดนี้ ให้พิจารณาก๊าซในอุดมคติที่อยู่ในกระบอกสูบใต้ลูกสูบ ปล่อยให้แรงดันแก๊สเริ่มต้น P 1 ด้วยปริมาตร V 1 (รูปที่ 4.1)

แรงดันแก๊สจะสมดุลด้วยทรายที่เทลงบนลูกสูบ เซตของสถานะสมดุลอธิบายได้ด้วยสมการ pV = const และแสดงเป็นกราฟด้วยเส้นโค้งเรียบ (1)

หากเอาทรายออกจากลูกสูบจำนวนหนึ่ง แรงดันแก๊สเหนือลูกสูบจะลดลงอย่างรวดเร็ว (จาก A ถึง B) หลังจากนั้นปริมาตรของก๊าซจะเพิ่มขึ้นเป็นค่าสมดุล (จาก B ถึง C) ลักษณะของกระบวนการนี้คือเส้นแบ่ง 2 เส้นนี้แสดงลักษณะของการพึ่งพา P= ฉ (V) ในกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้

ข้าว. 4.1. การขึ้นอยู่กับแรงดันแก๊สต่อปริมาตรในระหว่างกระบวนการที่ย้อนกลับได้ (1) และกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ (2, 3)

จะเห็นได้จากรูปที่ว่าในระหว่างการขยายตัวของก๊าซแบบพลิกกลับได้ งานที่ทำ (พื้นที่ใต้เส้นโค้งเรียบ 1) จะมีค่ามากกว่าการขยายตัวแบบย้อนกลับไม่ได้ใดๆ

ดังนั้น กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ใดๆ จึงมีคุณลักษณะเฉพาะด้วยปริมาณงานที่เป็นไปได้สูงสุดหากเกิดขึ้นในโหมดย้อนกลับได้ สามารถได้ข้อสรุปที่คล้ายกันหากเราพิจารณากระบวนการอัดแก๊ส เพียงจำไว้ว่าในกรณีนี้ ปริมาณงานเป็นค่าลบ (รูปที่ 4.1 เส้นแบ่ง 3)

คำอธิบาย

สังเกตมานานแล้วว่าคุณไม่สามารถลงแม่น้ำสายเดียวกันได้สองครั้ง โลกรอบตัวเรากำลังเปลี่ยนแปลง สังคมของเรากำลังเปลี่ยนแปลง และพวกเราเองซึ่งเป็นสมาชิกของสังคมก็กำลังจะแก่ตัวลง การเปลี่ยนแปลงไม่สามารถย้อนกลับได้
กระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้คือกระบวนการทางกายภาพที่สามารถเกิดขึ้นเองได้เองในทิศทางเดียวเท่านั้น - ไปสู่การกระจายตัวของสสาร ความร้อน ฯลฯ ที่สม่ำเสมอ โดดเด่นด้วยการผลิตเอนโทรปีเชิงบวก ในระบบปิด กระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของเอนโทรปี

งานประกอบด้วย 1 ไฟล์

บทคัดย่อเกี่ยวกับฟิสิกส์

ในหัวข้อ: “การกลับไม่ได้ของกระบวนการในธรรมชาติ”

เสร็จสิ้นการทำงาน

อิกอร์ รูบซอฟ

การแนะนำ

สังเกตมานานแล้วว่าคุณไม่สามารถลงแม่น้ำสายเดียวกันได้สองครั้ง โลกรอบตัวเรากำลังเปลี่ยนแปลง สังคมของเรากำลังเปลี่ยนแปลง และพวกเราเองซึ่งเป็นสมาชิกของสังคมก็กำลังจะแก่ตัวลง การเปลี่ยนแปลงไม่สามารถย้อนกลับได้

กระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้คือกระบวนการทางกายภาพที่สามารถเกิดขึ้นเองได้เองในทิศทางเดียวเท่านั้น - ไปสู่การกระจายตัวของสสาร ความร้อน ฯลฯ ที่สม่ำเสมอ โดดเด่นด้วยการผลิตเอนโทรปีเชิงบวก ในระบบปิด กระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของเอนโทรปี

อุณหพลศาสตร์แบบคลาสสิกซึ่งศึกษาสมดุลของกระบวนการที่ผันกลับได้ กำหนดความไม่เท่าเทียมกันซึ่งระบุทิศทางที่เป็นไปได้ของกระบวนการที่ผันกลับไม่ได้

กระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ได้รับการศึกษาโดยอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการที่ไม่สมดุลและทฤษฎีทางสถิติของกระบวนการที่ไม่สมดุล อุณหพลศาสตร์ของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ทำให้สามารถค้นหากระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ต่างๆ ในการผลิตเอนโทรปีในระบบ ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ของสถานะที่ไม่สมดุลรวมทั้งได้สมการที่อธิบายการเปลี่ยนแปลงในเวลาของพารามิเตอร์เหล่านี้

กระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้

กระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ได้แก่ กระบวนการแพร่ การนำความร้อน การแพร่กระจายความร้อน การไหลแบบหนืด การขยายตัวของก๊าซไปสู่โมฆะ ฯลฯ

การแพร่กระจาย (จากภาษาละติน diffusio - การแพร่กระจายการแพร่กระจายการกระเจิง) การเคลื่อนที่ของอนุภาคของตัวกลางที่นำไปสู่การถ่ายโอนของสารและการทำให้ความเข้มข้นเท่ากันหรือการสร้างการกระจายสมดุลของความเข้มข้นของอนุภาคประเภทที่กำหนดในตัวกลาง . ในกรณีที่ไม่มีการเคลื่อนที่ด้วยตาเปล่าของตัวกลาง (เช่น การพาความร้อน) การแพร่กระจายของโมเลกุล (อะตอม) จะถูกกำหนดโดยการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน (ที่เรียกว่าการแพร่กระจายของโมเลกุล) ในระบบที่ต่างกัน (แก๊ส ของเหลว) ที่มีการแพร่กระจายของโมเลกุลโดยไม่มีอิทธิพลจากภายนอก การไหลของการแพร่กระจาย (การไหลของมวล) จะเป็นสัดส่วนกับการไล่ระดับความเข้มข้น ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนเรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์การแพร่ ในวิชาฟิสิกส์ นอกเหนือจากการแพร่กระจายของโมเลกุล (อะตอม) แล้ว ยังพิจารณาการแพร่กระจายของการนำอิเล็กตรอน รู นิวตรอน และอนุภาคอื่น ๆ อีกด้วย

การนำความร้อน การถ่ายโอนพลังงานจากส่วนที่ร้อนกว่าของร่างกายไปยังส่วนที่ร้อนน้อยกว่าอันเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ของความร้อนและปฏิกิริยาของอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบ นำไปสู่การปรับอุณหภูมิของร่างกายให้สมดุล โดยทั่วไป ปริมาณพลังงานที่ถ่ายโอน ซึ่งกำหนดเป็นความหนาแน่นฟลักซ์ความร้อน จะเป็นสัดส่วนกับการไล่ระดับอุณหภูมิ (กฎฟูริเยร์) ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนเรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์การนำความร้อน

การแพร่กระจายความร้อน (การแพร่กระจายความร้อนหรือความร้อน) การแพร่กระจายที่เกิดจากการมีอยู่ของการไล่ระดับอุณหภูมิในตัวกลาง (สารละลาย, ส่วนผสม) ในระหว่างการแพร่กระจายความร้อน ความเข้มข้นของส่วนประกอบในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิต่ำและสูงจะแตกต่างกัน การแพร่กระจายความร้อนในสารละลายเรียกอีกอย่างว่า Soret effect ตามชื่อนักวิทยาศาสตร์ชาวสวิส Ch.

กระบวนการที่ไม่สมดุลเป็นกระบวนการทางกายภาพที่ระบบผ่านสภาวะที่ไม่สมดุล กระบวนการที่ไม่สมดุลนั้นไม่สามารถย้อนกลับได้

อุณหพลศาสตร์ของกระบวนการที่ไม่สมดุล เป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่ศึกษากระบวนการที่ไม่สมดุล (การแพร่ ความหนืด ปรากฏการณ์เทอร์โมอิเล็กทริก ฯลฯ) ตามกฎทั่วไปของอุณหพลศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการศึกษากระบวนการที่ไม่สมดุลในเชิงปริมาณ ให้กำหนดความเร็วของมันขึ้นอยู่กับเงื่อนไขภายนอก สมการสมดุลของมวล โมเมนตัม พลังงาน และเอนโทรปีจะถูกรวบรวมสำหรับปริมาตรเบื้องต้นของระบบ และสมการเหล่านี้จะถูกศึกษาร่วมกับสมการของกระบวนการภายใต้ การพิจารณา. อุณหพลศาสตร์ของกระบวนการที่ไม่สมดุล - พื้นฐานทางทฤษฎีการวิจัยระบบเปิดรวมทั้งสิ่งมีชีวิต

ระบบเปิด, ระบบที่สามารถแลกเปลี่ยนสสาร (รวมถึงพลังงานและโมเมนตัม) กับสิ่งแวดล้อม ระบบเปิดได้แก่ ระบบเคมีและชีวภาพ (รวมถึงสิ่งมีชีวิต) ซึ่งจะมีการไหลอย่างต่อเนื่อง ปฏิกิริยาเคมีเนื่องจากสารที่มาจากภายนอกและผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาจะถูกกำจัดออกไป ระบบเปิดอาจอยู่ในสภาวะนิ่ง ห่างจากสภาวะสมดุล

ความไม่สมดุลของระบบ

ในระบบสมดุลสมบูรณ์ เอนโทรปีจะถึงค่าสูงสุดที่เป็นไปได้สำหรับองค์ประกอบจำนวนที่กำหนด องค์ประกอบที่ EO สูงสุด กระทำการอย่าง “อิสระ” อย่างไม่จำกัด โดยไม่คำนึงถึงอิทธิพลขององค์ประกอบอื่นๆ ไม่มีการสั่งซื้อในระบบ

เห็นได้ชัดว่าความวุ่นวายไม่มีอยู่ในระบบ ระบบในชีวิตจริงทั้งหมดมีลำดับโครงสร้างที่เห็นได้ชัดเจนน้อยลงหรือมากขึ้นและมี GNG ที่สอดคล้องกัน ยิ่งระบบมีระเบียบในโครงสร้างมากเท่าใด ระบบก็จะยิ่งเคลื่อนออกจากสภาวะสมดุลมากขึ้นเท่านั้น ในทางกลับกัน ระบบที่ไม่มีความสมดุลมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนไปสู่สมดุลทางอุณหพลศาสตร์ กล่าวคือ เพิ่ม OE ของคุณ หากพวกเขาไม่ได้รับพลังงานพิเศษหรือ GNG พวกเขาก็ทำไม่ได้ เวลานานรักษาสถานะที่ไม่สมดุล แต่ความสมดุลก็สามารถเป็นแบบไดนามิกได้เช่นกัน โดยที่กระบวนการดำเนินไปในทิศทางตรงกันข้ามอย่างเท่าเทียมกัน ภายนอกรักษาความสมดุลเช่น เสถียรภาพของระบบ หากอัตราของกระบวนการดังกล่าวเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย แสดงว่าระบอบการปกครองดังกล่าวยังคงอยู่นิ่ง กล่าวคือ ค่อนข้างคงที่เมื่อเวลาผ่านไป ความเร็วของกระบวนการสามารถเปลี่ยนแปลงได้ภายในขีดจำกัดที่กว้างมาก หากอัตราของกระบวนการมีขนาดเล็กมาก ระบบอาจอยู่ในสถานะของกึ่งดุลยภาพเฉพาะที่ เช่น ความสมดุลที่ชัดเจน ความไม่สมดุลของระบบมีบทบาทสำคัญในการแลกเปลี่ยนข้อมูล ยิ่งความไม่สมดุลมากเท่าใด ความอ่อนไหวและความสามารถในการรับข้อมูลก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และความเป็นไปได้ในการพัฒนาตนเองของระบบก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

เอนโทรปีเพิ่มขึ้นในระบบปิด

เดิมทีมีการใช้เอนโทรปีเพื่ออธิบายกฎการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน ในแง่แคบ เอนโทรปีแสดงถึงสถานะสมดุลของระบบปิดของ จำนวนมากอนุภาค

ตามความเข้าใจปกติ ความสมดุลในระบบหมายถึงความสับสนวุ่นวาย สำหรับมนุษย์ เอนโทรปีสูงสุดคือการทำลายล้าง การทำลายล้างใดๆ ก็ตามจะเพิ่มเอนโทรปี

เอนโทรปีของระบบปิดไม่สามารถย้อนกลับได้ แต่โดยธรรมชาติแล้ว ไม่มีระบบปิดโดยสมบูรณ์ และสำหรับระบบที่ไม่มีสมดุลแบบเปิด ยังไม่ทราบคำจำกัดความที่แน่นอนของเอนโทรปี ไม่สามารถวัดเอนโทรปีได้ ไม่สามารถมาจากกฎทางกายภาพที่เข้มงวดได้ เอนโทรปีถูกนำมาใช้ในอุณหพลศาสตร์เพื่อระบุลักษณะที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ของกระบวนการที่เกิดขึ้นในก๊าซ

นักวิทยาศาสตร์หลายคนไม่คิดว่ากฎปรากฏการณ์วิทยาของอุณหพลศาสตร์เป็นกฎแห่งธรรมชาติ แต่ถือว่าเป็นกรณีพิเศษเมื่อทำงานกับแก๊สโดยใช้เครื่องยนต์ความร้อน ดังนั้นจึงไม่แนะนำให้มีการตีความเอนโทรปีแบบขยายในวิชาฟิสิกส์

ในทางกลับกัน กระบวนการทางกายภาพที่กำลังดำเนินอยู่และชีวิตของเราเองกลับกลายเป็นความจริงไม่ได้ จากตำแหน่งนี้ การใช้แนวคิดเรื่องเอนโทรปีในสาขาวิชาที่ไม่ใช่ทางกายภาพเพื่อกำหนดลักษณะของระบบนั้นมีความสมเหตุสมผลอย่างสมบูรณ์ ทั้งหมด ระบบธรรมชาติรวมถึงร่างกายมนุษย์และชุมชนมนุษย์ยังไม่ปิด การเปิดกว้างของระบบทำให้เอนโทรปีลดลงในท้องถิ่นผ่านการแลกเปลี่ยนพลังงานตัวอย่างของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้- วัตถุที่ได้รับความร้อนจะค่อยๆ เย็นลง และถ่ายโอนพลังงานไปยังวัตถุที่อยู่รอบๆ ที่เย็นกว่า กระบวนการถ่ายเทความร้อนแบบย้อนกลับจากวัตถุเย็นไปยังวัตถุร้อนนั้นไม่ขัดแย้งกับกฎการอนุรักษ์พลังงานหากปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากวัตถุเย็นเท่ากับปริมาณความร้อนที่ได้รับจากวัตถุร้อน แต่เช่น กระบวนการไม่เคยเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ
อีกตัวอย่างหนึ่ง การแกว่งของลูกตุ้มออกจากตำแหน่งสมดุลจะลดลง ( มะเดื่อ 13.9; 1, 2, 3, 4- ตำแหน่งต่อเนื่องของลูกตุ้มที่เบี่ยงเบนสูงสุดจากตำแหน่งสมดุล) เนื่องจากการทำงานของแรงเสียดทาน พลังงานกลของลูกตุ้มลดลง และอุณหภูมิของลูกตุ้มและอากาศโดยรอบ (และพลังงานภายใน) เพิ่มขึ้นเล็กน้อย กระบวนการย้อนกลับยังได้รับอนุญาตอย่างกระฉับกระเฉงเช่นกัน เมื่อแอมพลิจูดของการแกว่งของลูกตุ้มเพิ่มขึ้นเนื่องจากการระบายความร้อนของลูกตุ้มเองและ สิ่งแวดล้อม- แต่กระบวนการดังกล่าวไม่เคยถูกสังเกตเลย พลังงานกลจะเปลี่ยนเป็นพลังงานภายในตามธรรมชาติ แต่กลับกันไม่ได้ ในกรณีนี้ พลังงานของการเคลื่อนไหวที่ได้รับคำสั่งของร่างกายโดยรวมจะถูกแปลงเป็นพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนที่ไม่เป็นระเบียบของโมเลกุลที่ประกอบขึ้น

ข้อสรุปทั่วไปเกี่ยวกับความไม่สามารถย้อนกลับของกระบวนการในธรรมชาติ- การเปลี่ยนความร้อนจากวัตถุร้อนไปเป็นพลังงานเย็นและพลังงานกลไปเป็นพลังงานภายในเป็นตัวอย่างของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้โดยทั่วไป จำนวนตัวอย่างดังกล่าวสามารถเพิ่มได้เกือบไม่จำกัด พวกเขาทั้งหมดกล่าวว่ากระบวนการในธรรมชาติมีทิศทางที่แน่นอนซึ่งไม่ได้สะท้อนให้เห็นในทางใดทางหนึ่งในกฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์ กระบวนการที่มองเห็นด้วยตาเปล่าทั้งหมดในธรรมชาติดำเนินไปในทิศทางเดียวเท่านั้น- พวกมันไม่สามารถไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามได้เอง กระบวนการทั้งหมดในธรรมชาติไม่สามารถย้อนกลับได้ และสิ่งที่น่าเศร้าที่สุดคือความชราและการตายของสิ่งมีชีวิต
การกำหนดแนวคิดของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้อย่างแม่นยำ เพื่อให้เข้าใจถึงสาระสำคัญของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้อย่างเหมาะสมจำเป็นต้องชี้แจงดังต่อไปนี้: กลับไม่ได้เหล่านี้เป็นกระบวนการที่สามารถเกิดขึ้นเองได้เองในทิศทางเดียวเท่านั้น พวกมันสามารถไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามได้ภายใต้อิทธิพลภายนอกเท่านั้น ดังนั้นคุณสามารถเพิ่มการแกว่งของลูกตุ้มได้อีกครั้งโดยกดด้วยมือ แต่การเพิ่มขึ้นนี้ไม่ได้เกิดขึ้นด้วยตัวเอง แต่เป็นไปได้อันเป็นผลมาจากกระบวนการที่ซับซ้อนมากขึ้นที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวของมือ
ในทางคณิตศาสตร์ ความไม่สามารถย้อนกลับได้ของกระบวนการทางกลนั้นแสดงออกมาในความจริงที่ว่าสมการการเคลื่อนที่ของวัตถุขนาดมหภาคเปลี่ยนแปลงไปตามการเปลี่ยนแปลงของสัญลักษณ์ของเวลา ดังที่พวกเขากล่าวไว้ในกรณีเช่นนี้ สิ่งเหล่านี้ไม่คงที่ภายใต้การเปลี่ยนแปลง เสื้อ→-เสื้อ- อัตราเร่งไม่เปลี่ยนสัญญาณเมื่อเปลี่ยน เสื้อ→-เสื้อ- แรงที่ขึ้นอยู่กับระยะทางก็ไม่เปลี่ยนสัญญาณเช่นกัน ป้ายแทน ทีบน -ทีเปลี่ยนแปลงด้วยความเร็ว นั่นคือเหตุผลว่าทำไมเมื่องานดำเนินการโดยแรงเสียดทานซึ่งขึ้นอยู่กับความเร็ว พลังงานจลน์ของร่างกายจะเปลี่ยนเป็นพลังงานภายในอย่างถาวร
โรงหนังอยู่ตรงกันข้ามภาพประกอบอันน่าทึ่งของการที่ปรากฏการณ์ในธรรมชาติไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้คือการชมภาพยนตร์แบบย้อนกลับ เช่น การกระโดดลงน้ำจะเป็นเช่นนี้ น้ำนิ่งในสระเริ่มเดือด ขาปรากฏขึ้น เคลื่อนขึ้นอย่างรวดเร็ว จากนั้นนักดำน้ำทั้งหมด ผิวน้ำสงบลงอย่างรวดเร็ว ความเร็วของนักดำน้ำค่อยๆ ลดลง และตอนนี้เขากำลังยืนอยู่บนหอคอยอย่างสงบ สิ่งที่เราเห็นบนหน้าจออาจเกิดขึ้นได้จริงหากกระบวนการสามารถย้อนกลับได้
ความไร้สาระของสิ่งที่เกิดขึ้นบนหน้าจอเกิดจากการที่เราคุ้นเคยกับทิศทางหนึ่งของกระบวนการและไม่ต้องสงสัยเลยว่าความเป็นไปไม่ได้ของการไหลย้อนกลับ แต่กระบวนการยกนักดำน้ำขึ้นไปบนหอคอยจากน้ำนั้น ไม่ขัดแย้งกับกฎการอนุรักษ์พลังงาน หรือกฎของกลศาสตร์ หรือกฎหมายใดๆ เลย ยกเว้น กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์.
กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ระบุทิศทางของการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่เป็นไปได้ เช่น ทิศทางของกระบวนการ และด้วยเหตุนี้จึงเป็นการแสดงออกถึงความไม่สามารถย้อนกลับของกระบวนการในธรรมชาติได้ กฎหมายฉบับนี้ก่อตั้งขึ้นโดยการสรุปข้อเท็จจริงเชิงทดลองโดยตรง
มีกฎข้อที่สองอยู่หลายสูตร ซึ่งถึงแม้จะมีความแตกต่างภายนอก แต่ก็แสดงออกถึงสิ่งเดียวกันโดยพื้นฐานแล้วจึงเทียบเท่ากัน
นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน R. Clausius (1822-1888) ได้กำหนดกฎนี้ดังนี้: เป็นไปไม่ได้ที่จะถ่ายเทความร้อนจากระบบที่เย็นกว่าไปยังระบบที่ร้อนกว่า หากไม่มีการเปลี่ยนแปลงอื่นๆ พร้อมกันในทั้งสองระบบหรือในร่างกายโดยรอบ
ข้อเท็จจริงทางการทดลองเกี่ยวกับทิศทางการถ่ายเทความร้อนระบุไว้ในที่นี้: ความร้อนจะถ่ายเทด้วยตัวเองจากวัตถุร้อนไปยังวัตถุเย็นเสมอ จริงอยู่ในหน่วยทำความเย็น การถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นจากวัตถุเย็นไปยังวัตถุที่อุ่นกว่า แต่การถ่ายโอนนี้เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงอื่น ๆ ในร่างกายโดยรอบ: การทำความเย็นทำได้โดยการทำงาน
ความสำคัญของกฎหมายฉบับนี้ก็คือเราสามารถสรุปข้อสรุปเกี่ยวกับการไม่สามารถย้อนกลับได้ของไม่เพียงแต่กระบวนการถ่ายเทความร้อนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกระบวนการอื่น ๆ ในธรรมชาติด้วย หากในบางกรณีความร้อนสามารถถ่ายเทจากวัตถุเย็นไปสู่วัตถุร้อนได้เองตามธรรมชาติ สิ่งนี้จะทำให้กระบวนการอื่นๆ สามารถย้อนกลับได้
กระบวนการทั้งหมดดำเนินไปในทิศทางเดียวอย่างเป็นธรรมชาติ พวกมันไม่สามารถย้อนกลับได้ ความร้อนจะเคลื่อนจากวัตถุที่ร้อนไปยังวัตถุที่เย็นเสมอ และพลังงานกลของวัตถุที่มองเห็นด้วยตาเปล่า - ไปสู่พลังงานภายใน
ทิศทางของกระบวนการในธรรมชาติถูกระบุโดยกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

บทสรุป

เพื่อสรุปทุกสิ่งที่กล่าวไว้ข้างต้น เราสังเกตว่าในขณะที่วิทยาศาสตร์เชิงเหตุผลเข้าใจความซับซ้อนของการจัดระเบียบของระบบต่างๆ ที่มีอยู่ในโลกอย่างลึกซึ้งมากขึ้นเรื่อยๆ ก็ยิ่งตระหนักมากขึ้นถึงความไม่เพียงพอของแนวคิดการลดขนาดที่ได้รับการยอมรับก่อนหน้านี้ การค้นหาแหล่งข้อมูลที่กำหนดโครงสร้างและหน้าที่ของระบบที่ซับซ้อนทำให้วิทยาศาสตร์มีความจำเป็นในการสร้างแนวคิดทางเทเลวิทยาซึ่งท้ายที่สุดก็คือการยอมรับหลักการจัดระเบียบบางอย่างซึ่งไม่มีอะไรมากไปกว่าการสำแดงเจตจำนงของ ผู้สร้าง

แหล่งกักเก็บพลังงานอิสระหลักในระบบชีวภาพคือสภาวะตื่นเต้นทางอิเล็กทรอนิกส์ของสารเชิงซ้อนเชิงโมเลกุลที่ซับซ้อน สถานะเหล่านี้ได้รับการบำรุงรักษาอย่างต่อเนื่องเนื่องจากการไหลเวียนของอิเล็กตรอนในชีวมณฑลซึ่งเป็นแหล่งกำเนิด พลังงานแสงอาทิตย์และ "สารออกฤทธิ์" หลักคือน้ำ บางรัฐถูกใช้เพื่อให้แน่ใจว่าแหล่งพลังงานในปัจจุบันของร่างกาย บางส่วนสามารถเก็บไว้ได้ในอนาคต เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในเลเซอร์หลังจากการดูดซับชีพจรของปั๊ม

อ้างอิง

1. อ.เอ็น. Matveev "ฟิสิกส์โมเลกุล"

2. สารานุกรมทางกายภาพที่ยอดเยี่ยม

3. คังเกะ วี.เอ. “ทิศทางหลักปรัชญาและแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ ผลลัพธ์ของศตวรรษที่ 20" - M.: Logos, 2000.

4. เลชเควิช ที.จี. “ปรัชญาวิทยาศาสตร์: ประเพณีและนวัตกรรม” อ.: ก่อน, 2544 “ปรัชญา” ใต้. เอ็ด Kokhanovsky V.P. Rostov-n/D.: ฟีนิกซ์, 2000

5. O. Naumov หนังสือพิมพ์ "Monologue" 2000, N4

6. G. Haken “ข้อมูลและการจัดระเบียบตนเอง”

1. 1. การย้อนกลับไม่ได้ของกระบวนการในธรรมชาติ จัดทำโดย: นักเรียนคลาส 10 “B” Andronova Anna
2. 2. ไม่สามารถย้อนกลับได้เป็นกระบวนการที่ไม่สามารถดำเนินการในทิศทางตรงกันข้ามผ่านสถานะตัวกลางเดียวกันทั้งหมด
3. 3. กฎการอนุรักษ์พลังงานไม่ได้ห้ามกระบวนการที่ไม่ได้เกิดขึ้นจากการทดลอง: - การทำความร้อนร่างกายที่ร้อนกว่าด้วยอุณหภูมิที่เย็นกว่า; - การแกว่งลูกตุ้มที่เกิดขึ้นเองจากสภาวะนิ่ง - รวบรวมทรายเป็นหิน เป็นต้น กระบวนการในธรรมชาติมีทิศทางที่แน่นอน พวกมันไม่สามารถไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามได้เอง กระบวนการทั้งหมดในธรรมชาติไม่สามารถย้อนกลับได้
4. 4. ตัวอย่างของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ในระหว่างการแพร่กระจาย การทำให้ความเข้มข้นเท่ากันเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ กระบวนการย้อนกลับด้วยตัวมันเองจะไม่เกิดขึ้น เช่น ส่วนผสมของก๊าซ จะไม่แยกออกจากกันเป็นส่วนประกอบที่เป็นส่วนประกอบตามธรรมชาติ  การนำความร้อน  กระบวนการแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานภายในระหว่างการกระแทกหรือแรงเสียดทานที่ไม่ยืดหยุ่นก็ไม่สามารถย้อนกลับได้เช่นกัน
5. 5. ขอให้เรายกตัวอย่างอีกตัวอย่างหนึ่ง: การแกว่งของลูกตุ้มออกจากตำแหน่งสมดุล เนื่องจากการทำงานของแรงเสียดทาน พลังงานกลของลูกตุ้มจะลดลง และอุณหภูมิของลูกตุ้มและอากาศโดยรอบ (รวมถึงพลังงานภายในด้วย) ) เพิ่มขึ้นเล็กน้อย กระบวนการย้อนกลับยังเป็นที่ยอมรับอย่างกระตือรือร้น เมื่อแอมพลิจูดของการแกว่งของลูกตุ้มเพิ่มขึ้นเนื่องจากการระบายความร้อนของตัวลูกตุ้มเองและสิ่งแวดล้อม แต่กระบวนการดังกล่าวไม่เคยถูกสังเกตเลย พลังงานกลจะเปลี่ยนเป็นพลังงานภายในตามธรรมชาติ แต่กลับกันไม่ได้ ในกรณีนี้ พลังงานของการเคลื่อนไหวที่ได้รับคำสั่งของร่างกายโดยรวมจะถูกแปลงเป็นพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนที่ไม่เป็นระเบียบของโมเลกุลที่ประกอบขึ้น
6. 6. “ลูกศรแห่งกาลเวลา” และปัญหาการย้อนกลับไม่ได้ในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ หนึ่งในปัญหาหลักใน ฟิสิกส์คลาสสิกเป็นเวลานานที่ปัญหาของการไม่สามารถย้อนกลับได้ของกระบวนการจริงในธรรมชาติยังคงอยู่ กระบวนการที่แท้จริงเกือบทั้งหมดในธรรมชาติไม่สามารถย้อนกลับได้: นี่คือการทำให้หมาด ๆ ของลูกตุ้มและวิวัฒนาการของดาวฤกษ์และ ชีวิตมนุษย์- การไม่สามารถย้อนกลับของกระบวนการในธรรมชาติได้กำหนดทิศทางบนแกนเวลาจากอดีตสู่อนาคต เอ. เอ็ดดิงตันนักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษเรียกคุณสมบัติของเวลานี้โดยอุปมาว่า “ลูกศรแห่งเวลา”
7. 7. กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ระบุทิศทางของการเปลี่ยนแปลงพลังงานที่เป็นไปได้และด้วยเหตุนี้จึงเป็นการแสดงออกถึงการไม่สามารถย้อนกลับของกระบวนการในธรรมชาติได้ ก่อตั้งขึ้นโดยการสรุปข้อเท็จจริงเชิงทดลองโดยตรง
8. 8.  สูตรของ R. Clausius: เป็นไปไม่ได้ที่จะถ่ายเทความร้อนจากระบบที่เย็นกว่าไปยังระบบที่ร้อนกว่า หากไม่มีการเปลี่ยนแปลงพร้อมกันในทั้งสองระบบหรือวัตถุโดยรอบ สูตรของ W. Kelvin: เป็นไปไม่ได้ที่จะดำเนินการตามระยะเวลาดังกล่าว กระบวนการซึ่งผลลัพธ์เพียงอย่างเดียวคือการผลิตงานเนื่องจากความร้อนที่นำมาจากแหล่งเดียว
9. 9. ซานตาคลอส รูดอล์ฟ (1822 - 1888) ซานตาคลอสมีส่วนร่วมในงานพื้นฐานในสาขาทฤษฎีจลน์ศาสตร์โมเลกุลของความร้อน งานของ Clausius มีส่วนช่วยในการแนะนำวิธีการทางสถิติเข้าสู่วิชาฟิสิกส์ ซานตาคลอสมีส่วนสำคัญต่อทฤษฎีอิเล็กโทรไลซิสในทางทฤษฎี เขายืนยันกฎจูล-เลนซ์ในทางทฤษฎี พัฒนาทฤษฎีโพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริก บนพื้นฐานที่เขาสร้างความสัมพันธ์ระหว่างค่าคงที่ไดอิเล็กทริกและความสามารถโพลาไรซ์
10. 10. W. Kelvin (1824-1907) William Kelvin เป็นผู้เขียนผลงานเชิงทฤษฎีทางฟิสิกส์มากมาย เขาศึกษาปรากฏการณ์ กระแสไฟฟ้าธรณีวิทยาแบบไดนามิก เคลวินร่วมกับเจมส์ จูลทำการทดลองเกี่ยวกับการทำความเย็นของก๊าซและกำหนดทฤษฎีของก๊าซจริง ระดับอุณหภูมิทางอุณหพลศาสตร์สัมบูรณ์ได้รับชื่อของเขา
11. 11. ปัญหาการย้อนกลับไม่ได้ของกระบวนการในธรรมชาติ โดยพื้นฐานแล้ว กระบวนการทั้งหมดในระบบมหภาคนั้นไม่สามารถย้อนกลับได้ คำถามพื้นฐานเกิดขึ้น: อะไรคือสาเหตุของสิ่งที่ไม่สามารถย้อนกลับได้? สิ่งนี้ดูแปลกเป็นพิเศษเมื่อคุณพิจารณาว่ากฎของกลศาสตร์ทั้งหมดสามารถย้อนกลับได้ และยังไม่มีใครเคยเห็นแจกันที่แตกสลายกลับคืนมาเองตามธรรมชาติ กระบวนการนี้สามารถสังเกตได้หากคุณถ่ายมันด้วยฟิล์มเป็นครั้งแรกและมองมันในทิศทางตรงกันข้าม แต่ไม่ใช่ในความเป็นจริง ข้อห้ามที่กำหนดโดย กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ก็กลายเป็นเรื่องลึกลับเช่นกัน วิธีแก้ปัญหานี้ ปัญหาที่ซับซ้อนมาพร้อมกับการค้นพบปริมาณทางอุณหพลศาสตร์ใหม่ - เอนโทรปี - และการเปิดเผยความหมายทางกายภาพของปริมาณนั้น
12. 12. เอนโทรปีเป็นการวัดความผิดปกติของระบบที่ประกอบด้วยองค์ประกอบหลายอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฟิสิกส์เชิงสถิติ มันคือการวัดความน่าจะเป็นของการเกิดสภาวะมหภาคใดๆ
13. 13. ความเป็นจริงของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ กระบวนการต่างๆ ที่พบบ่อยๆ ไม่สามารถย้อนกลับได้: ลองโยนหินลงไปในน้ำ คุณจะเห็นวงกลมที่มีศูนย์กลางร่วมกัน - คลื่นแยกออกจากจุดที่มันกระทบน้ำและไม่เคยมาบรรจบกันที่สถานที่แห่งนี้ ในวิชาเคมี ตัวอย่างของกระบวนการที่ไม่สามารถย้อนกลับได้คือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเสมอพร้อมกับเอนโทรปีที่เพิ่มขึ้น ในทางชีววิทยา ชีวิตมักเริ่มต้นด้วยการเกิด ดำเนินต่อไปด้วยความเยาว์วัย วัยผู้ใหญ่ และวัยชรา และจบลงด้วยความตาย และไม่เพียงแต่การพัฒนาแบบย้อนกลับของสิ่งมีชีวิตเท่านั้นที่ไม่เคย เกิดขึ้น แต่แม้กระบวนการนี้ไม่เคยหยุดนิ่ง ในทางดาราศาสตร์ ดาวฤกษ์เหล่านี้ค่อยๆ จางลงหรืออาจเกิดการยุบตัวของแรงโน้มถ่วง
14. 14. ขอบคุณสำหรับความสนใจของคุณ!

• กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ระบุถึงข้อเท็จจริงของการไม่สามารถย้อนกลับของกระบวนการในธรรมชาติได้ แต่ไม่ได้ให้คำอธิบายใด ๆ คำอธิบายนี้สามารถหาได้จากพื้นฐานของทฤษฎีจลน์เนติกส์ของโมเลกุลเท่านั้น และมันไม่ง่ายเลย

ความขัดแย้งระหว่างการพลิกกลับได้ของไมโครโพรเซสและการกลับไม่ได้ของแมคโครโพรเซส

การไม่สามารถย้อนกลับของกระบวนการแมโครดูขัดแย้งกัน เนื่องจากไมโครโพรเซสทั้งหมดสามารถย้อนกลับได้ทันเวลา สมการการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดเล็กแต่ละอนุภาค ทั้งแบบคลาสสิกและควอนตัม สามารถย้อนกลับเวลาได้ เนื่องจากไม่มีแรงเสียดทานใดๆ ที่ขึ้นอยู่กับความเร็ว

แรงเสียดทานเป็นผลมหภาคของการโต้ตอบ ตัวใหญ่ด้วยโมเลกุลสิ่งแวดล้อมจำนวนมาก และการปรากฏตัวของพลังนี้เองจำเป็นต้องมีคำอธิบาย แรงที่อนุภาคขนาดเล็กทำปฏิกิริยากัน (ส่วนใหญ่เป็นแรงแม่เหล็กไฟฟ้า) สามารถย้อนกลับได้ตามเวลา สมการของแมกซ์เวลล์ที่อธิบายปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อแทนที่ t ด้วย -t

ถ้าคุณเอา โมเดลที่ง่ายที่สุดก๊าซ - กลุ่มของลูกบอลยืดหยุ่นจากนั้นก๊าซโดยรวมจะแสดงพฤติกรรมในทิศทางที่แน่นอน เช่น เมื่อบีบอัดครึ่งภาชนะ ก็จะเริ่มขยายและครอบครองทั้งลำ มันจะไม่หดตัวอีกต่อไป สมการการเคลื่อนที่ของลูกบอลโมเลกุลแต่ละลูกสามารถย้อนกลับเวลาได้ เนื่องจากมีเฉพาะแรงที่ขึ้นอยู่กับระยะทางและปรากฏขึ้นเมื่อโมเลกุลชนกัน

ดังนั้นงานจึงไม่เพียงแต่อธิบายต้นกำเนิดของความไม่สามารถย้อนกลับได้เท่านั้น แต่ยังต้องกระทบยอดข้อเท็จจริงของการพลิกกลับของไมโครโพรเซสกับข้อเท็จจริงของการย้อนกลับไม่ได้ของกระบวนการขนาดใหญ่ด้วย

เครดิตสำหรับการค้นหาแนวทางที่ถูกต้องโดยพื้นฐานในการแก้ปัญหานี้เป็นของ Boltzmann จริงอยู่ที่บางแง่มุมของปัญหาการไม่สามารถย้อนกลับได้ยังไม่ได้รับแนวทางแก้ไขที่ครอบคลุม

ตัวอย่างประจำวันของการย้อนกลับไม่ได้

ขอให้เรายกตัวอย่างง่ายๆ ในชีวิตประจำวัน ซึ่งถึงแม้จะมีเรื่องเล็กน้อย แต่ก็เกี่ยวข้องโดยตรงกับวิธีแก้ปัญหาของ Boltzmann ต่อปัญหาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้

สมมติว่าคุณตัดสินใจเริ่มวันจันทร์ ชีวิตใหม่- เงื่อนไขที่ขาดไม่ได้สำหรับสิ่งนี้มักจะเหมาะหรือใกล้เคียงกับลำดับในอุดมคติ โต๊ะ- คุณวางสิ่งของและหนังสือทั้งหมดไว้ในตำแหน่งที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด และบนโต๊ะของคุณจะมีสภาวะที่สามารถเรียกได้ว่าเป็นสภาวะของ "ระเบียบ" ได้อย่างถูกต้อง

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปเป็นที่รู้จักกันดี คุณลืมวางสิ่งของและหนังสือไว้ในสถานที่ที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด และความวุ่นวายก็ครอบงำอยู่บนโต๊ะ ไม่ใช่เรื่องยากที่จะเข้าใจว่าทำไมสิ่งนี้จึงเกิดขึ้น สถานะของ "ระเบียบ" สอดคล้องกับการจัดเรียงวัตถุเฉพาะเพียงครั้งเดียว และสถานะของ "ความโกลาหล" สอดคล้องกับจำนวนที่มากกว่าอย่างหาที่เปรียบมิได้ และทันทีที่วัตถุเริ่มเข้ารับตำแหน่งโดยพลการซึ่งไม่ได้ถูกควบคุมโดยเจตจำนงของคุณ สภาวะแห่งความโกลาหลที่น่าจะเป็นไปได้มากขึ้นก็จะปรากฏขึ้นบนโต๊ะตามธรรมชาติ ซึ่งจะรับรู้ได้มากกว่านั้นอีกมาก จำนวนมากการกระจายสิ่งของบนโต๊ะ

โดยหลักการแล้ว สิ่งเหล่านี้คือข้อควรพิจารณาที่ Boltzmann หยิบยกขึ้นมาเพื่ออธิบายความไม่สามารถย้อนกลับของกระบวนการขนาดใหญ่ได้

สถานะด้วยกล้องจุลทรรศน์และมหภาค

ก่อนอื่นจำเป็นต้องแยกแยะระหว่างสถานะมหภาคของระบบและสถานะจุลทรรศน์ของระบบ

สถานะมหภาคมีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์จำนวนเล็กน้อย (ความดัน ปริมาตร อุณหภูมิ ฯลฯ ) เช่นเดียวกับปริมาณทางกลเช่นตำแหน่งของจุดศูนย์กลางมวล ความเร็วของจุดศูนย์กลางมวล ฯลฯ มันคือ ปริมาณมหภาคที่แสดงลักษณะเฉพาะของรัฐโดยรวมที่มีความสำคัญในทางปฏิบัติ

สถานะจุลทรรศน์มีลักษณะเฉพาะในกรณีทั่วไปโดยการระบุพิกัดและความเร็ว (หรือโมเมนตา) ของอนุภาคทั้งหมดที่ประกอบเป็นระบบ (วัตถุขนาดมหึมา) นี่เป็นลักษณะเฉพาะของระบบที่มีรายละเอียดมากขึ้นอย่างไม่มีใครเทียบได้ ซึ่งความรู้นี้ไม่จำเป็นเลยในการอธิบายกระบวนการด้วยเนื้อหาขนาดมหึมา ยิ่งไปกว่านั้น ความรู้เกี่ยวกับไมโครสเตตแทบจะบรรลุไม่ได้เนื่องจากมีอนุภาคจำนวนมากที่ประกอบเป็นแมคโครบอดี

ในตัวอย่างประจำวันข้างต้นที่มีวัตถุอยู่บนโต๊ะ เราสามารถแนะนำแนวคิดของไมโครและมาโครสเตตได้ ไมโครสเตตสอดคล้องกับการจัดเรียงวัตถุโดยเฉพาะ และมาโครสเตตสอดคล้องกับการประเมินสถานการณ์โดยรวม: "คำสั่ง" หรือ "ความสับสนวุ่นวาย"

เห็นได้ชัดว่ามาโครสเตตบางตัวสามารถรับรู้ได้ด้วยไมโครสเตตที่แตกต่างกันจำนวนมาก ตัวอย่างเช่นการเปลี่ยนโมเลกุลหนึ่งจากจุดที่กำหนดในอวกาศไปยังจุดอื่นหรือการเปลี่ยนแปลงความเร็วอันเป็นผลมาจากการชนกันจะเปลี่ยนไมโครสเตตของระบบ แต่แน่นอนว่าจะไม่เปลี่ยนพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์และ ดังนั้นมาโครสเตตของระบบ

ตอนนี้ให้เราแนะนำสมมติฐานที่ไม่ชัดเจนเท่ากับข้อความก่อนหน้านี้: สถานะจุลทรรศน์ทั้งหมดของระบบปิดมีความน่าจะเป็นเท่าเทียมกัน ไม่มีผู้ใดถูกแยกออกหรือครองตำแหน่งที่มีอำนาจเหนือกว่า จริงๆ แล้วสมมติฐานนี้เทียบเท่ากับสมมติฐานเกี่ยวกับธรรมชาติที่วุ่นวายของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุล

ความน่าจะเป็นของรัฐ

เมื่อเวลาผ่านไป ไมโครสเตตจะเข้ามาแทนที่กันอย่างต่อเนื่อง เวลาที่ระบบอยู่ในสถานะมหภาคนั้นเห็นได้ชัดว่าเป็นสัดส่วนกับจำนวนไมโครสเตต Z 1 ที่รับรู้สถานะนี้ ถ้า Z แทนจำนวนไมโครสเตตทั้งหมดของระบบ ความน่าจะเป็นของสถานะ W จะถูกกำหนดดังนี้:

ความน่าจะเป็นของสถานะมหภาคจะเท่ากับอัตราส่วนของจำนวนไมโครสเตตที่ทำให้แมโครสเตตรับรู้ต่อจำนวนไมโครสเตตที่เป็นไปได้ทั้งหมด

การเปลี่ยนระบบไปสู่สถานะที่เป็นไปได้มากที่สุด

ยิ่ง Z 1 มีขนาดใหญ่ ความน่าจะเป็นของมาโครสเตตที่กำหนดก็จะยิ่งมากขึ้น และระบบก็จะอยู่ในสถานะนี้นานขึ้น ดังนั้นวิวัฒนาการของระบบจึงเกิดขึ้นในทิศทางของการเปลี่ยนแปลงจากสภาวะที่ไม่น่าจะเป็นไปได้ไปสู่สภาวะที่น่าจะเป็นไปได้มากขึ้น นี่คือสิ่งที่เกี่ยวข้องกับการไม่สามารถย้อนกลับของการไหลของกระบวนการขนาดมหภาคได้ แม้ว่ากฎที่ควบคุมการเคลื่อนที่ของอนุภาคแต่ละอนุภาคจะสามารถย้อนกลับได้ก็ตาม กระบวนการย้อนกลับนั้นเป็นไปไม่ได้ เพียงแต่ไม่น่าเป็นไปได้เท่านั้น เนื่องจากไมโครสเตตทั้งหมดมีความน่าจะเป็นที่เท่าเทียมกัน โดยหลักการแล้วมาโครสเตตสามารถเกิดขึ้นได้ โดยที่ไมโครสเตตจำนวนไม่มากสามารถเกิดขึ้นได้ แต่นี่เป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นน้อยมาก เราไม่ควรแปลกใจถ้าเราไม่เคยเห็นพวกเขา สถานะที่เป็นไปได้มากที่สุดคือสมดุลความร้อน มันสอดคล้องกับจำนวนไมโครสเตตที่ใหญ่ที่สุด

เป็นเรื่องง่ายที่จะดูว่าทำไม พลังงานกลกลายเป็นภายในโดยธรรมชาติ การเคลื่อนไหวทางกลของร่างกาย (หรือระบบ) คือการเคลื่อนไหวที่ได้รับคำสั่งเมื่อทุกส่วนของร่างกายเคลื่อนไหวในลักษณะที่เหมือนกันหรือคล้ายกัน การเคลื่อนไหวที่ได้รับคำสั่งนั้นสอดคล้องกับไมโครสเตตจำนวนเล็กน้อยเมื่อเปรียบเทียบกับการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนที่ไม่เป็นระเบียบ ดังนั้นสภาพที่ไม่น่าจะได้รับคำสั่ง การเคลื่อนไหวทางกลโดยธรรมชาติแล้วจะกลายเป็นการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนแบบสุ่ม ซึ่งรับรู้ได้จากไมโครสเตตจำนวนมากขึ้น

สิ่งที่ชัดเจนน้อยกว่าคือกระบวนการถ่ายเทความร้อนจากตัวร้อนไปสู่ตัวเย็น แต่ที่นี่เช่นกัน แก่นแท้ของการเปลี่ยนแปลงไม่ได้ก็เหมือนกัน

ในช่วงเริ่มต้นของการถ่ายเทความร้อน จะมีโมเลกุลอยู่ 2 กลุ่ม คือ โมเลกุลที่มีพลังงานจลน์เฉลี่ยสูงกว่าในตัวที่ร้อน และโมเลกุลที่มีพลังงานจลน์เฉลี่ยต่ำกว่าในตัวเย็น เมื่อสมดุลทางความร้อนถูกสร้างขึ้นในตอนท้ายของกระบวนการ โมเลกุลทั้งหมดจะปรากฏอยู่ในกลุ่มโมเลกุลเดียวกันโดยมีพลังงานจลน์เฉลี่ยเท่ากัน สถานะที่มีระเบียบมากขึ้นโดยการแบ่งโมเลกุลออกเป็นสองกลุ่มสิ้นสุดลง

ดังนั้น การที่กระบวนการกลับไม่ได้นั้นเกิดจากการที่สถานะมหภาคที่ไม่สมดุลนั้นไม่น่าเป็นไปได้ สถานะเหล่านี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติอันเป็นผลมาจากวิวัฒนาการของจักรวาลหรือถูกสร้างขึ้นโดยมนุษย์ ตัวอย่างเช่น เราได้รับสถานะที่ไม่สมดุลสูงโดยการให้ความร้อนของไหลทำงานของเครื่องยนต์ความร้อนให้มีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิโดยรอบหลายร้อยองศา

การขยายตัวของ "ก๊าซ" สี่โมเลกุล

ลองพิจารณาตัวอย่างง่ายๆ ที่ช่วยให้เราสามารถคำนวณความน่าจะเป็นของสถานะต่างๆ และแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าการเพิ่มจำนวนอนุภาคในระบบนำไปสู่ความจริงที่ว่ากระบวนการไม่สามารถย้อนกลับได้ แม้ว่ากฎการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดเล็กจะกลับด้านได้ก็ตาม

ขอให้เรามี “ก๊าซ” อยู่ในภาชนะที่ประกอบด้วยโมเลกุลเพียง 4 โมเลกุลเท่านั้น เริ่มแรก โมเลกุลทั้งหมดจะอยู่ที่ครึ่งซ้ายของภาชนะ โดยคั่นด้วยฉากกั้นจากครึ่งขวา (รูปที่ 5.12, a) เราถอดฉากกั้นออกแล้ว "แก๊ส" จะเริ่มขยายตัวโดยครอบครองทั้งลำ เรามาดูกันว่าความน่าจะเป็นที่ "ก๊าซ" จะอัดอีกครั้งคือโมเลกุลจะรวมตัวกันอีกครั้งในครึ่งหนึ่งของถัง

ข้าว. 5.12

ในตัวอย่างของเรา Macrostate จะมีลักษณะเฉพาะโดยการระบุจำนวนโมเลกุลในครึ่งหนึ่งของหลอดเลือด โดยไม่คำนึงว่าโมเลกุลใดจะอยู่ที่นี่ ไมโครสเตตถูกกำหนดโดยการกระจายตัวของโมเลกุลทั่วทั้งครึ่งหนึ่งของหลอดเลือด ซึ่งบ่งชี้ว่าโมเลกุลใดครอบครองครึ่งหนึ่งของหลอดเลือดที่กำหนด ลองนับจำนวนโมเลกุล 1, 2, 3, 4 กัน มีไมโครสเตตที่แตกต่างกันได้ 16 แบบ ซึ่งทั้งหมดแสดงในรูปที่ 5.12 a - e

ความน่าจะเป็นที่โมเลกุลทั้งหมดจะรวมตัวกันในครึ่งหนึ่ง (เช่น ด้านซ้าย) ของหลอดเลือดจะเท่ากับ

เนื่องจากมาโครสเตตที่กำหนดสอดคล้องกับหนึ่งไมโครสเตต (ดูรูปที่ 5.12, a, b)

ความน่าจะเป็นที่โมเลกุลจะถูกกระจายเท่าๆ กันจะมากกว่า 6 เท่า:

เนื่องจากมาโครสเตตนี้สอดคล้องกับไมโครสเตตหกตัว (ดูรูปที่ 5.12, ง)

ความน่าจะเป็นที่ในครึ่งหนึ่งของภาชนะ (เช่นด้านซ้าย) จะมีสามโมเลกุล (และอีกโมเลกุลหนึ่งตามลำดับ) เท่ากัน (ดูรูปที่ 5.12, c, d)

โดยส่วนใหญ่แล้วโมเลกุลจะมีการกระจายเท่าๆ กันระหว่างครึ่งหนึ่งของหลอดเลือด นี่เป็นภาวะที่เป็นไปได้มากที่สุด

แต่สำหรับช่วงเวลาสังเกตที่นานพอสมควรโดยประมาณ โมเลกุลจะครอบครองครึ่งหนึ่งของหลอดเลือด ดังนั้นกระบวนการขยายตัวจึงสามารถย้อนกลับได้ และ "ก๊าซ" จะถูกบีบอัดอีกครั้งหลังจากช่วงเวลาอันสั้น

การขยายตัวของก๊าซที่มีโมเลกุลจำนวนมากกลับไม่ได้

แต่การพลิกกลับได้นี้เกิดขึ้นได้เมื่อมีโมเลกุลจำนวนน้อยเท่านั้น หากจำนวนโมเลกุลมีขนาดใหญ่ขึ้น ผลลัพธ์จะเปลี่ยนไปอย่างมาก ขอให้เราคำนวณความน่าจะเป็นของเหตุการณ์เมื่อโมเลกุลรวมตัวกันอีกครั้งในครึ่งหนึ่งของภาชนะหลังการขยายตัว หากจำนวนโมเลกุลนั้นไม่แน่นอน

โมเลกุลของก๊าซในอุดมคติจะเคลื่อนที่อย่างอิสระจากกัน สำหรับหนึ่งโมเลกุล ความน่าจะเป็นที่มันจะไปจบลงที่ครึ่งซ้ายของภาชนะบรรจุเห็นได้ชัดว่า

ความน่าจะเป็นแบบเดียวกันนี้ใช้กับโมเลกุลอื่นด้วย เหตุการณ์เหล่านี้มีความเป็นอิสระ และความน่าจะเป็นที่โมเลกุลที่หนึ่งและที่สองจะรวมตัวกันที่ครึ่งซ้ายของภาชนะจะเท่ากับผลคูณของความน่าจะเป็น: - สำหรับโมเลกุลสามโมเลกุล ความน่าจะเป็นที่จะพบโมเลกุลในครึ่งหนึ่งของภาชนะจะเท่ากัน และสำหรับสี่ - . นี่คือค่าความน่าจะเป็นที่เราได้รับจากการตรวจสอบอย่างละเอียดเกี่ยวกับการกระจายตัวของโมเลกุลทั่วทั้งหลอดเลือด

แต่ถ้าเราหาจำนวนโมเลกุลของก๊าซจริงใน 1 ซม. 3 ภายใต้สภาวะปกติ (n = 3 10 19) ความน่าจะเป็นที่โมเลกุลจะรวมตัวกันในครึ่งหนึ่งของภาชนะที่มีปริมาตร 1 ซม. 3 จะเป็น เล็กน้อยโดยสิ้นเชิง: .

ดังนั้นเนื่องจากโมเลกุลจำนวนมากในแมคโครบอดี กระบวนการในธรรมชาติจึงกลายเป็นสิ่งที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ในทางปฏิบัติ โดยหลักการแล้ว กระบวนการย้อนกลับเป็นไปได้ แต่ความน่าจะเป็นนั้นใกล้เคียงกับศูนย์ พูดอย่างเคร่งครัด กระบวนการนี้ไม่ได้ขัดแย้งกับกฎของธรรมชาติ ด้วยเหตุนี้ เมื่อมีการเคลื่อนไหวแบบสุ่มของโมเลกุล พวกเขาทั้งหมดจึงมารวมตัวกันในชั้นเรียนครึ่งหนึ่ง และนักเรียนในอีกครึ่งหนึ่งของชั้นเรียนจะหายใจไม่ออก แต่ในความเป็นจริงเหตุการณ์นี้ไม่เคยเกิดขึ้นในอดีตและจะไม่เกิดขึ้นในอนาคต ความน่าจะเป็นของเหตุการณ์ดังกล่าวต่ำเกินกว่าที่จะเกิดขึ้นตลอดการดำรงอยู่ของจักรวาล สถานะปัจจุบัน- ประมาณหลายพันล้านปี

จากการประมาณการเหล่านี้ ความน่าจะเป็นนี้ใกล้เคียงกับลำดับเดียวกับความน่าจะเป็นที่ลิง 20,000 ตัวกดปุ่มเครื่องพิมพ์ดีดอย่างโกลาหล จะพิมพ์ "สงครามและสันติภาพ" ของลีโอ ตอลสตอยโดยไม่มีข้อผิดพลาดแม้แต่ครั้งเดียว โดยหลักการแล้วสิ่งนี้เป็นไปได้ แต่ในความเป็นจริงมันจะไม่เกิดขึ้น

ลูกศรแห่งกาลเวลา

ในกระบวนการทั้งหมด จะมีทิศทางที่เลือกซึ่งกระบวนการดำเนินการด้วยตนเองจากสถานะที่มีลำดับมากขึ้นไปสู่สถานะที่มีลำดับน้อยกว่า ยิ่งมีลำดับในระบบมากเท่าใด การฟื้นฟูจากความผิดปกติก็จะยิ่งยากขึ้นเท่านั้น การทุบกระจกนั้นง่ายกว่าอย่างไม่มีที่เปรียบกว่าการสร้างกระจกใหม่และใส่เข้าไปในกรอบ การฆ่าสิ่งมีชีวิตนั้นง่ายกว่าการทำให้มันกลับมามีชีวิตอีกครั้งหากเป็นไปได้ “พระเจ้าสร้างแมลงเล็กๆ น้อยๆ ถ้าคุณบดขยี้เธอ เธอจะตาย” - นี่คือข้อความที่เขียนโดย Szent Gyorgi นักชีวเคมีชาวอเมริกันในหนังสือของเขาเรื่อง "พลังงานชีวภาพ"

ทิศทางของเวลาที่เลือก ("ลูกศรของเวลา") ซึ่งเรารับรู้นั้นเชื่อมโยงอย่างชัดเจนกับทิศทางของกระบวนการในโลก

ข้อจำกัดของการบังคับใช้กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

ความน่าจะเป็นของกระบวนการย้อนกลับของการเปลี่ยนจากสภาวะสมดุลไปเป็นสภาวะไม่มีสมดุลสำหรับระบบมหภาคโดยรวมนั้นน้อยมาก แต่สำหรับปริมาตรขนาดเล็กที่มีโมเลกุลจำนวนน้อย ความน่าจะเป็นของการเบี่ยงเบนจากสมดุลจะเห็นได้ชัดเจน การเบี่ยงเบนแบบสุ่มจากสมดุลดังกล่าวเรียกว่าความผันผวน เป็นความผันผวนของความหนาแน่นของก๊าซในภูมิภาคต่างๆ ตามลำดับความยาวคลื่นของแสง ซึ่งอธิบายการกระเจิงของแสงในชั้นบรรยากาศโลกและสีฟ้าของท้องฟ้า ความผันผวนของความดันในปริมาณเล็กน้อยจะอธิบายการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน

การสังเกตความผันผวนทำหน้าที่เป็นข้อพิสูจน์ที่สำคัญที่สุดเกี่ยวกับความถูกต้องของทฤษฎีทางสถิติเกี่ยวกับการไม่สามารถย้อนกลับของกระบวนการขนาดใหญ่ที่สร้างโดย Boltzmann กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ใช้ได้กับระบบที่มีอนุภาคจำนวนมากเท่านั้น ในปริมาณน้อย การเบี่ยงเบนไปจากกฎหมายนี้จะกลายเป็นเรื่องสำคัญ

"ปีศาจของแม็กซ์เวลล์"

ตัวอย่างที่น่าสนใจของการละเมิดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ที่เป็นไปได้นั้นถูกคิดค้นโดย Maxwell สิ่งมีชีวิตที่ชาญฉลาด - "ปีศาจ" - ควบคุมวาล์วที่เบามากในพาร์ติชันที่แยกสองช่อง - A และ B - ด้วยก๊าซที่อุณหภูมิและความดันเท่ากัน (รูปที่ 5.13) “ปีศาจ” จะเฝ้าสังเกตโมเลกุลที่เข้าใกล้แดมเปอร์และเปิดเฉพาะสำหรับโมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็วจากช่อง B ไปยังช่อง A ผลที่ตามมาคือ เมื่อเวลาผ่านไป ก๊าซในช่อง A จะร้อนขึ้น และในช่อง B จะเย็นลง ในกรณีนี้ไม่มีงานใดเกิดขึ้นเนื่องจากแดมเปอร์นั้นแทบไม่มีน้ำหนักและดูเหมือนว่าจะละเมิดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

ข้าว. 5.13

อย่างไรก็ตามในความเป็นจริงไม่มีการละเมิดกฎข้อที่สอง ในการทำงาน “ปีศาจ” จะต้องได้รับข้อมูลเกี่ยวกับความเร็วของโมเลกุลที่เข้าใกล้แดมเปอร์ เป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับข้อมูลดังกล่าวโดยไม่ต้องใช้พลังงาน

เพื่อให้ได้ข้อมูลดังกล่าว จำเป็นต้องส่งรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าไปที่โมเลกุลโดยตรงและรับสัญญาณที่สะท้อนกลับ

การไม่สามารถย้อนกลับของกระบวนการในธรรมชาตินั้นสัมพันธ์กับความปรารถนาของระบบที่จะเปลี่ยนไปสู่สถานะที่น่าจะเป็นไปได้มากที่สุดซึ่งสอดคล้องกับความผิดปกติสูงสุด

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ระบุถึงข้อเท็จจริงของการไม่สามารถย้อนกลับของกระบวนการในธรรมชาติได้ แต่ไม่ได้ให้คำอธิบายใด ๆ คำอธิบายนี้สามารถหาได้จากพื้นฐานของทฤษฎีจลน์เนติกส์ของโมเลกุลเท่านั้น และมันไม่ง่ายเลย

ความขัดแย้งระหว่างการพลิกกลับได้ของไมโครโพรเซสและการกลับไม่ได้ของแมคโครโพรเซส

การไม่สามารถย้อนกลับของกระบวนการแมโครดูขัดแย้งกัน เนื่องจากไมโครโพรเซสทั้งหมดสามารถย้อนกลับได้ทันเวลา สมการการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดเล็กแต่ละอนุภาค ทั้งแบบคลาสสิกและควอนตัม สามารถย้อนกลับเวลาได้ เนื่องจากไม่มีแรงเสียดทานใดๆ ที่ขึ้นอยู่กับความเร็ว แรงเสียดทานเป็นผลจากการทำงานร่วมกันของวัตถุขนาดใหญ่กับโมเลกุลจำนวนมากในสิ่งแวดล้อมและต้องอธิบายลักษณะที่ปรากฏของแรงนี้ด้วยตัวมันเอง แรงที่อนุภาคขนาดเล็กทำปฏิกิริยากัน (ส่วนใหญ่เป็นแรงแม่เหล็กไฟฟ้า) สามารถย้อนกลับได้ตามเวลา สมการของแมกซ์เวลล์ที่อธิบายปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าจะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อทำการเปลี่ยน ที บน - ที.

หากเราใช้แบบจำลองที่ง่ายที่สุดของแก๊ส - ชุดของลูกบอลยืดหยุ่น ก๊าซโดยรวมจะแสดงพฤติกรรมในทิศทางที่แน่นอน เช่น เมื่อบีบอัดครึ่งภาชนะ ก็จะเริ่มขยายและครอบครองทั้งลำ มันจะไม่หดตัวอีกต่อไป สมการการเคลื่อนที่ของลูกบอลโมเลกุลแต่ละลูกสามารถย้อนกลับเวลาได้ เนื่องจากมีเฉพาะแรงที่ขึ้นอยู่กับระยะทางและปรากฏขึ้นเมื่อโมเลกุลชนกัน

ดังนั้นงานจึงไม่เพียงแต่อธิบายต้นกำเนิดของความไม่สามารถย้อนกลับได้เท่านั้น แต่ยังต้องกระทบยอดข้อเท็จจริงของการพลิกกลับของไมโครโพรเซสกับข้อเท็จจริงของการย้อนกลับไม่ได้ของกระบวนการขนาดใหญ่ด้วย

เครดิตสำหรับการค้นหาแนวทางที่ถูกต้องโดยพื้นฐานในการแก้ปัญหานี้เป็นของ Boltzmann จริงอยู่ที่บางแง่มุมของปัญหาการไม่สามารถย้อนกลับได้ยังไม่ได้รับแนวทางแก้ไขที่ครอบคลุม

ตัวอย่างประจำวันของการย้อนกลับไม่ได้

ขอให้เรายกตัวอย่างง่ายๆ ในชีวิตประจำวัน ซึ่งถึงแม้จะมีเรื่องเล็กน้อย แต่ก็เกี่ยวข้องโดยตรงกับวิธีแก้ปัญหาของ Boltzmann ต่อปัญหาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้

สมมติว่าในวันจันทร์คุณตัดสินใจเริ่มต้นชีวิตใหม่ เงื่อนไขที่ขาดไม่ได้สำหรับสิ่งนี้มักจะเหมาะหรือใกล้เคียงกับลำดับในอุดมคติบนโต๊ะ คุณวางวัตถุและหนังสือทั้งหมดไว้ในตำแหน่งที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด และบนโต๊ะของคุณจะมีสภาวะที่สามารถเรียกได้ว่าเป็นสภาวะของ "ระเบียบ" ได้อย่างถูกต้อง

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปเป็นที่รู้จักกันดี คุณลืมวางสิ่งของและหนังสือไว้ในสถานที่ที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด และความวุ่นวายก็ครอบงำอยู่บนโต๊ะ ไม่ใช่เรื่องยากที่จะเข้าใจว่าทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น สถานะของ "ระเบียบ" สอดคล้องกับการจัดเรียงวัตถุเฉพาะเพียงครั้งเดียว และสถานะของ "ความโกลาหล" สอดคล้องกับจำนวนที่มากกว่าอย่างหาที่เปรียบมิได้ และทันทีที่วัตถุเริ่มครอบครองตำแหน่งโดยอำเภอใจซึ่งไม่ได้ถูกควบคุมโดยเจตจำนงของคุณ ความวุ่นวายที่น่าจะเป็นไปได้ก็เกิดขึ้นบนโต๊ะโดยธรรมชาติ ซึ่งรับรู้ได้จากการกระจายของวัตถุบนโต๊ะจำนวนมากขึ้น

โดยหลักการแล้ว สิ่งเหล่านี้คือข้อพิจารณาที่ Boltzmann หยิบยกขึ้นมาเพื่ออธิบายความไม่สามารถย้อนกลับของกระบวนการขนาดใหญ่ได้

สถานะด้วยกล้องจุลทรรศน์และมหภาค

ก่อนอื่นจำเป็นต้องแยกแยะความแตกต่างระหว่างสถานะมหภาคของระบบและสถานะระดับจุลทรรศน์

สถานะมหภาคมีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์จำนวนเล็กน้อย (ความดัน ปริมาตร อุณหภูมิ ฯลฯ ) เช่นเดียวกับปริมาณทางกลเช่นตำแหน่งของจุดศูนย์กลางมวล ความเร็วของจุดศูนย์กลางมวล ฯลฯ มันคือ ปริมาณมหภาคที่แสดงลักษณะเฉพาะของรัฐโดยรวมที่มีความสำคัญในทางปฏิบัติ

สถานะจุลทรรศน์มีลักษณะเฉพาะในกรณีทั่วไปโดยการระบุพิกัดและความเร็ว (หรือโมเมนตา) ของอนุภาคทั้งหมดที่ประกอบเป็นระบบ (วัตถุขนาดมหึมา) นี่เป็นลักษณะเฉพาะของระบบที่มีรายละเอียดมากขึ้นอย่างไม่มีใครเทียบได้ ซึ่งความรู้นั้นไม่จำเป็นเลยในการอธิบายกระบวนการด้วยเนื้อหาขนาดมหึมา ยิ่งไปกว่านั้น ความรู้เกี่ยวกับไมโครสเตตแทบจะบรรลุไม่ได้เนื่องจากมีอนุภาคจำนวนมากที่ประกอบเป็นแมคโครบอดี

ในตัวอย่างประจำวันข้างต้นที่มีวัตถุอยู่บนโต๊ะ เราสามารถแนะนำแนวคิดของไมโครและมาโครสเตตได้ ไมโครสเตตสอดคล้องกับการจัดเรียงวัตถุโดยเฉพาะ และมาโครสเตตสอดคล้องกับการประเมินสถานการณ์โดยรวม: "คำสั่ง" หรือ "ความสับสนวุ่นวาย"

มันค่อนข้างชัดเจนว่า มาโครสเตตบางชนิดสามารถรับรู้ได้ด้วยไมโครสเตตที่แตกต่างกันจำนวนมากตัวอย่างเช่นการเปลี่ยนโมเลกุลหนึ่งจากจุดที่กำหนดในอวกาศไปยังจุดอื่นหรือการเปลี่ยนแปลงความเร็วอันเป็นผลมาจากการชนกันจะเปลี่ยนไมโครสเตตของระบบ แต่แน่นอนว่าจะไม่เปลี่ยนพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์และ ดังนั้นมาโครสเตตของระบบ

ตอนนี้ เรามาแนะนำสมมติฐานที่ไม่ชัดเจนเท่ากับข้อความก่อนหน้านี้: สภาพจุลทรรศน์ทั้งหมดของระบบปิดมีความเป็นไปได้เท่าเทียมกัน ไม่มีผู้ใดถูกแยกออกหรือครองตำแหน่งที่มีอำนาจเหนือกว่าจริงๆ แล้วสมมติฐานนี้เทียบเท่ากับสมมติฐานเกี่ยวกับธรรมชาติที่วุ่นวายของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุล