©2005 Г., н.Е. Галушкин Энтропия и время

В настоящее время одними из самых спорных и наиболее обсуждаемых понятий в теоретической физике являются понятия энтропии и времени. Понятие времени обсуждалось еще в работах ученых Древней Греции и Рима (Аристотель, Эпикур и т.д.).

По Ньютону, время есть некоторая абсолютная длительность, в рамках которой развиваются все явления природы. То есть время и пространство находятся как бы над материей. Пространство – это вместилище для материи, а время - длительность.

В диалектическом материализме время является отражением изменений в материи. В связи с этим некоторый равномерный процесс, обычно циклический (колебание маятника, колебания кварца и т.д.), берется за эталон изменения времени, и по нему сравнивают изменения в других объектах.

В специальной теории относительности время также тесно связано с объектом, для которого оно измеряется, но здесь время становится равноправной координатой наряду с пространственными координатами. Несмотря на то, что время входит абсолютно равноправно с координатами во все соотношения специальной теории относительности, тем не менее, реальное время отличается существенно от координат. В частности, время обладает направленностью и может идти только из прошлого в будущее, в то время как координаты мы можем изменять как угодно. Чем это обусловлено – в настоящее время нет достаточно убедительного объяснения. Поэтому выдвигаются различные гипотезы, в частности, направленность времени обусловлена возрастанием энтропии системы. Это предположение, конечно, можно обсуждать как возможную гипотезу, однако в настоящее время нет теории, которая как-либо связывала бы время и энтропию. С моей точки зрения, существование этой связи вообще маловероятно.

Энтропия была введена Клаузиусом в ходе теоретического анализа цикла Карно, и до сих пор это понятие является наиболее спорным и обсуждаемым. Клаузиус обнаружил, что отношение количества сообщенного тепла к температуре тела является функцией состояния. Однако, в отличие от других понятий, являющихся функциями состояния, таких как: внутренняя энергия, объем и т.д., физический смысл которых абсолютно ясен, физический смысл энтропии и до сих пор не совсем до конца ясен. После статистической интерпретации энтропии Больцманом, как меры беспорядка, смысл энтропии немного стал ясней. Тем не менее, энтропию и до сих пор нельзя считать таким ясным понятием, как, например, давление, объем, температура и т.д. Основная причина, как мне представляется, в том, что нет приборов для непосредственного измерения энтропии. В современной литературе неоднократно показывалось, что термодинамику вообще можно построить без понятия энтропии. Тем не менее, я считаю, что это не лучший выход.

Вообще термодинамику правильней было бы назвать термостатистикой, так как это наука об условиях равновесия. В основе термодинамики лежат не динамические уравнения, а статические соотношения, так называемые начала термодинамики. Из начал термодинамики нельзя получить какие-либо динамические соотношения, а можно получить только соотношения равновесия и условия перехода в равновесные (обратимые) состояния. В частности, возрастание энтропии в необратимых системах выглядит как-то мистически, в силу того, что это динамический процесс и принципиально не может быть описан на базе статических соотношений.

Возрастание энтропии фактически говорит о том, что если мы каким-то образом привели систему в необратимое состояние, то после этого она самопроизвольно будет переходить в обратимое состояние, при этом энтропия системы будет возрастать, и это кажется не совсем понятно. Однако при этом убывают термодинамические потенциалы, в частности внутренняя энергия системы, и это вполне очевидно при переходе системы в состояние равновесия. В любом случае энтропия - это статическое равновесное понятие, и оно никак не может быть связано с таким динамическим понятием, как время, по крайней мере, при современном состоянии термодинамики и современном понятии энтропии.

По Н.А. Козыреву, время - это некоторая новая субстанция, пронизывающая материю, из которой материя черпает энергию, а не свойство материи. Анализируя причинно-следственные связи, Козырев приходит к выводу, что направленность времени связана со свойством пространства, а именно различием правого и левого вращений. Однако в причинной механике Козырева нет математических уравнений, которые бы закрепили эти соображения. Существующие динамические уравнения, а именно уравнения Ньютона, Максвелла, уравнения специальной теории относительности, уравнение Шредингера, Дирака, симметричны относительно времени и никак не могут ввести направленность времени. Если привлекать дополнительные соображения, то можно прийти к несимметрии, во времени, опираясь на уравнения Шрёдингера и Дирака. Однако данные несимметрии в целом не решают вопроса о направленности времени. Поэтому в настоящее время надо констатировать, что физические причины появления направленности у времени пока не ясны. И тем более нет никаких оснований связывать направленность времени с ростом энтропии.

УДК 115