Воскресенский В.Ю. Об основаниях энтропии

Оглавление

От издательства

Эта книга продолжает серию "Relata Refero" (дословный перевод – рассказываю рассказанное).

Под этим грифом издательство предоставляет трибуну авторам, чтобы высказать публично новые идеи в науке, обосновать новую точку зрения, донести до общества новую интерпретацию известных экспериментальных данных, etc.

В споре разных точек зрения только решение Великого судьи – Времени – может стать решающим и окончательным. Сам же процесс поиска Истины хорошо характеризуется известным высказыванием Аристотеля, вынесенным на обложку настоящей серии: авторитет учителя не должен довлеть над учеником и препятствовать поиску новых путей.

Мы надеемся, что публикуемые в этой серии тексты внесут, несмотря на свое отклонение от установившихся канонов, свой вклад в познание Истины.

Предисловие

В 1986 г. А.А.Гухман выпустил в свет книгу "Об основаниях термодинамики". В книге изложены основные сложившиеся к тому времени концепции феноменологической термодинамики, в том числе собственная концепция Гухмана. В частной беседе Александр Адольфович заметил, что существование универсальной аддитивной тепловой функции состояния, которую Р.Клаузиус назвал энтропией, никогда не рассматривалось как проблема в отношении простых термодинамических систем. Проблемой являлась энтропия сложных систем, и Клаузиус представил в качестве второго закона решение проблемы существования интегрирующего делителя Т и энтропии, имея ввиду именно сложные системы. Некоторые из последующих исследований (аксиоматика Каратеодори и Афанасьевой–Эренфест) "подтвердили" вывод Клаузиуса об энтропии как следствии второго закона. В то же время статистическая физика пришла к противоположному результату: существование энтропии не зависит от второго закона. Феноменологическая термодинамика также "частично" пришла к этому выводу: М.Планк доказал, что существование энтропии простых термодинамических систем является следствием только первого закона.

До настоящего времени сохранился парадокс: выводы феноменологической и статистической термодинамик относительно оснований к существованию энтропии не совпадают, даже противоположны. Это несовпадание оценивается неоднозначно. П.Шамбадаль [40] (перевод с фр. 1967 г.) в книге "Развитие и приложение понятия энтропии", например, отдает предпочтение феноменологической термодинамике как концепции с более твердыми основаниями. Он полагает, что "...можно только сожалеть, что современная теоретическая физика обнаруживает часто тенденцию полностью завладеть понятием энтропии, как если бы ее микроскопический аспект был единственным имеющим смысл. Эта тенденция тем менее оправдана, что макроскопический эффект имеет более твердые основания: он был открыт в эпоху, когда связь между энтропией и беспорядком была еще неизвестна, и сохраняется даже в том случае, если по каким-либо причинам нам придется отказаться от этой связи". Сомнения в отношении выводов, определяющих существование энтропии, высказал автор книги "The Tragicomical History of Thermodynamics" К.Трусделл [43, 1982 г.]: "Семь раз за последние тридцать лет я старался проследить аргументацию Клаузиуса, пытавшегося доказать, что интегрирующий множитель существует в общем случае и есть функция только температуры, одинаковая для всех тел, и семь раз это совершенно обескураживало меня... Я не могу даже объяснить, чего именно я не понимаю".

Термодинамика, отталкиваясь от теории теплорода, сначала сделала зигзаг, обходя препятствие, которое являлось придуманным: сложную систему описывали поливариантными уравнениями состояния, не видя в ней совокупности простых термодинамических систем. На этом обходном пути было угадано существование энтропии, ее однозначность, был установлен второй закон термодинамики. В него вместе с принципом возрастания энтропии были включены без достаточных на то оснований принципы существования и однозначности энтропии. В результате существование энтропии при феноменологическом изложении термодинамики оказалось отнесенным ко второму закону (и частично к первому), при статистическом изложении – к первому закону термодинамики. Исследованию и устранению этого противоречия посвящена данная книга. В ней приводятся сведения о противоречиях феноменологической термодинамики при традиционном ее изложении, представлено найденное автором решение проблемы как существования, так и однозначности энтропии. Теорема Карно, постулаты Клаузиуса и Томсона, постулат о неосуществимости вечного двигателя второго рода в отношении равновесных процессов относятся к следствиям первого закона. Действие второго закона ограничивается неравновесными процессами. Ограничена и необратимость "стрелы времени" Эддингтона. Энтропия и термодинамическая температура существуют во Вселенной везде там, где существует их основание – первый закон термодинамики, независимо от сферы действия второго закона термодинамики.

Исследованиям, изложенным в книге, содействовали серьезные критические замечания со стороны термодинамической школы МЭИ – кафедр Инженерной теплофизики и Теоретических основ теплотехники, в частности, профессоров А.А.Александрова и А.М.Семенова; без книги профессора В.В.Сычева "Сложные термодинамические системы" настоящая работа не была бы закончена.

Об авторе

Профессор кафедры холодильных систем и технологий Московского государственного университета технологий и управления, кандидат технических наук. Выпускник Московского энергетического института, кафедры инженерной теплофизики. Основные научные направления – исследования основ термодинамики, экспериментальные исследования тепло- и электропроводности и степени черноты металлов при высоких температурах, теплопроводности и теплоемкости пластических материалов, инфракрасной сушки высоковлажных материалов, разработка учебного тестирования с применением ли-вопросов. Автор более ста печатных публикаций, в том числе монографии "Высокотемпературные исследования тепло- и электропроводности твердых тел"(соавтор), учебного пособия "Краткий курс технической термодинамики", авторских свидетельства на изобретения.