Cтраница 2
К достоинствам метода Каратеодори относится математическая корректность при постановке задачи об энтропии 5 как термодинамической функции состояния. Вместе с тем его недостатком является оторванность от экспериментальной физики принципа адиабатической недостижимости. В технической физике практически нет экспериментального материала по достижению смежных состояний адиабатических изолированных систем со многими степенями свободы, на основании которого можно использовать формулировку Каратеодори в качестве нового принципа физики. Переход к системам с двумя степенями свободы, например в виде утверждения, что адиабата и изотерма могут пересечься только в одной точке, делает математическую задачу тривиальной, а само рассмотрение Каратеодори - чисто иллюстративным. [16]
Правда, философы и естествоиспытатели XVIII века, выдвигавшие указанный метафизический принцип причинности, не замечали этого неизбежно следовавшего из него противоречия. Но если указанное понимание причинно-следственной связи в той или иной мере приемлемо для объяснения явлений простого механического движения, где изменение состояния изолированной системы не связано с изменением ее качества, то оно совершенно неприемлемо для явлений других, более сложных форм движения, возникновение которых связано с определенными качественными изменениями, обусловливаемыми не столько действием внешних сил, сколько внутренними взаимодействиями объекта. [17]
Таким образом, от находящейся в равновесии термически однородной системы можно отделить какую-либо слабо с ней связанную часть, ничего не меняя ни в состоянии отделяемой части, ни в остающихся частях системы. Чтобы не было недоразумения, надо сразу же подчеркнуть, что свойство это полностью макроскопическое. С микроскопической точки зрения, конечно, есть существенная разница между состоянием системы, связанной с другими системами, и состоянием изолированной системы. В первом случае ее энергия не постоянна, а флуктуирует, переходя к ее соседям. Во втором случае энергия строго постоянна. Но в макроскопических телах флуктуации малы и указанная разница незаметна. [18]
Состояние равновесия адиабатически изолированной системы достигается при максимальности энтропии. Это означает, что все бесконечно близкие состояния, переход в которые мысленно возможен без подвода и отвода теплоты, имеют меньшую энтропию. Второе начало термодинамики запрещает переход в такие состояния. А это означает, что состояние адиабатической изолированной системы устойчиво при максимальной энтропии системы. [19]
Оказывается, развивая анализ в этом направлении, можно прийти к установлению количественной связи энтропии с так называемой вероятностью состояния системы. Беспорядочное движение частиц, когда в каждый момент для каждой частицы все направления движения в равной мере возможны, является более вероятным движением, чем организованное, вызванное определенными условиями. Поэтому организованное движение стремится перейти в неорганизованное и, соответственно, изолированная система стремится перейти из менее вероятного состояния, при котором возможно организованное движение, в более вероятное. Это и отражается принципом возрастания энтропии. Отсюда следует, что энтропию можно рассматривать как характеристику вероятности состояния изолированной системы. [20]