Второе начало термодинамики

 ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ — один из основных законов природы, который определяет необратимость всех реальных физических процессов. Этот закон обобщает многовековой опыт человечества и известен в различных, но эквивалентных формулировках.

В неявном виде впервые он был сформулирован С. Карно в 1824 г., который указал, что тепловая машина может совершать работу только при наличии перепада температур.

Позже появились и другие формулировки этого закона: «Теплота не может сама собой переходить от холодного тела к горячему» (Р. Клаузиус, 1850); «Невозможно при помощи неодушевленного материального двигателя получить от какой-либо массы вещества механическую работу путем охлаждения ее ниже самого холодного из окружающих предметов» (У. Томсон-Кельвин, 1852); принцип, сформулированный Кельвином, эквивалентен утверждению о том, что вечный двигатель второго рода невозможен. Из запрета на существование вечного Двигателя второго рода следует теорема Карно: КПД любого теплового двигателя не превосходит величины, которая определяется разностью температур нагревателя и холодильника.

Л. Больцман (в 70-х гг. XIX в.) придал второму началу обобщенную форму, распространив его на все возможные явления: «Все естественные процессы являются переходом от менее вероятных состояний к более вероятным». Мерой вероятности состояния системы, или степени ее беспорядка, является специальная физическая функция — энтропия. Поэтому формулировку второго начала, предложенную Больцманом, можно понимать как утверждение, что в любой замкнутой системе беспорядок, или энтропия, всегда возрастает со временем.

Клаузиус попытался распространить это утверждение на всю Вселенную в целом и высказал на этом основании гипотезу о неизбежности наступления в конце времен тепловой смерти Вселенной. Согласно Больцману, оснований для этого утверждения нет, т.е. неизвестно, можно ли считать Вселенную замкнутой системой. Кроме того, в эволюции Вселенной существенную роль играет тяготение, которое не учитывается термодинамикой.

А. Эддингтон (1929) обратил внимание на однозначную связь между постулатом о росте энтропии и существованием «стрелы времени». В основу своей философской концепции времени он положил следующий принцип: «Ничто в статистических свойствах совокупности не может выделить направление времени, если этого не может сделать энтропия».

А. Бергсон (1907), принимая следующий из второго начала тезис о росте энтропии в неживой природе, утверждал, что на живые системы этот вывод распространять не следует: «Весь наш опыт показывает нам жизнь как усилие подняться по тому склону, по которому спускается материя... Жизнь — это усилие, направленное на то, чтобы поднимать тяжесть, которая падает». Аналогичные идеи высказывались многими физиками (Н. Винер, 1948; Л. Бриллюэн, 1959). Э. Шре- дингер (1946) писал, что живой организм удерживается на достаточно низком уровне энтропии, т.е. беспорядка, благодаря тому, что непрерывно черпает порядок из окружающей среды. Э. Мейерсон (1926) рассматривает второе начало как одно из главных проявлений иррационального, которое существует в природе, но недоступно нашему пониманию. Принцип Карно, пишет он, являясь чисто эмпирическим по происхождению, имеет универсальный характер: «Это факт и притом самый важный факт всей науки... Принцип Карно есть выражение сопротивления природы насилию, которое наш разум пытается осуществить принципом причинности».

Парадоксы, связанные с применением второго начала к живым системам, в значительной мере удалось снять в рамках термодинамики необратимых процессов и теории самоорганизующихся систем (И. Пригожин, Г. Хакен, Н.Н. Моисеев).

Литература:

Гухман А.А. Об основаниях термодинамики. М., 1986;

Сивухин Д.В. Общий курс физики. Термодинамика и молекулярная физика. М., 1979;

Базаров И. П. Термодинамика. М„ 1991.

Словарь философских терминов. Научная редакция профессора В.Г. Кузнецова. М., ИНФРА-М, 2007, с. 95-96.