7. Дайте формулировку второго начала термодинамики, которая отражает принцип возрастания энтропии

КЛАУЗИУС, РУДОЛЬФ ЮЛИУС ЭМАНУЭЛЬ (1822-1888), немецкий физик, первым дал строгую формулировку принципа эквивалентности теплоты и работы. В 1850 независимо от У. Ранкина получил соотношение между этими величинами (первое начало термодинамики) и разработал идеальный термодинамический цикл паровой машины (цикл Ранкина - Клаузиуса). В том же году (одновременно с У.Томсоном) дал первую формулировку второго начала термодинамики: «Теплота не может сама собою перейти от более холодного тела к более теплому». В 1865 ввел понятие энтропии, установил ее важнейшее свойство: в замкнутой системе энтропия либо постоянна (обратимые процессы), либо возрастает (необратимые процессы), показав тем самым, что изменение энтропии определяет направление, в котором протекает данный процесс. Высказал идею «тепловой смерти» Вселенной, распространив на нее принцип возрастания энтропии. Ошибочность этой идеи доказал впоследствии Л.Больцман. Клаузиус внес большой вклад в развитие молекулярно-кинетической теории газов. Он впервые применил здесь новый подход - так называемый метод средних величин (то, что теперь называется статистическими методами), объяснил с единых позиций такие разные явления, как внутреннее трение, теплопроводность, диффузия. Ввел понятие средней длины свободного пробега молекул и в 1860 вычислил ее величину, что в дальнейшем позволило оценить размер молекул. Обобщил уравнение газового состояния Ван-дер-Ваальса, выявил смысл уравнения, связывающего температуру плавления (или кипения) вещества с давлением (уравнение Клапейрона - Клаузиуса).

8. Что такое флуктуация? Какова роль флуктуации в процессе самоорганизации?

Флуктуации - синхронные в разных географических пунктах по местному времени возрастания вероятности реализации одинаковой детальной структуры распределений результатов измерений процессов разной природы - являются проявлением весьма общих свойств нашего мира.

Описание феномена, названного, возможно не вполне удачно, 'макроскопическими флуктуациями' (МФ) сводится к закономерным изменениям формы гистограмм, построенных по результатам последовательных измерений процессов разной природы.

Тонкая структура гистограмм не случайна. Она сходна в каждый данный момент, в данном географическом пункте при исследовании процессов любой природы - от химических (биохимических) реакций до радиоактивного распада.

Форма гистограмм в различных географических пунктах изменяется синхронно по местному времени. С этим согласуется повторное увеличение вероятности реализации гистограмм данной формы с периодами, равными 24 часам, 27 суткам и году.

Наиболее легко наблюдаемым проявлением МФ можно считать высокую вероятность повторного появления гистограмм сходной формы в ближайшие соседние интервалы времени - 'эффект ближней зоны'.

Все это свидетельствует о существовании некоей универсальной 'внешней силы', определяющей в данное время, в данном месте тонкую структуру статистических распределений результатов измерений процессов любой природы.

Результаты исследований последних лет приводят ко всё более сложной картине обсуждаемого феномена, а именно, к множественности факторов, определяющих форму гистограмм.

Тонкая структура гистограмм представляется результатом интерференции волновых потоков космического происхождения. Источниками этих (когерентных) потоков, по-видимому, являются Луна, Солнце, Звезды. Интерференция этих потоков в каждый данный момент, в данном месте определяет тонкую структуру гистограмм, где гистограммы это - интерференционные картины, определяемые пространственным взаиморасположением небесных тел. Разные источники этих волновых потоков в разной степени вносят вклад в суммарную интерференционную картину. Возможно, что в разное время доминируют разные факторы. Луна и Солнце, по-видимому, в наибольшей степени определяют форму гистограмм. Об этом свидетельствуют упомянутые периоды увеличения вероятности появления гистограмм данной формы.

Роль флуктуаций в процессах самоорганизации, как мы далее покажем, оказывается весьма важной, поэтому рассмотрим это понятие подробнее. Если мы возьмем макроскопический сосуд, в котором находятся порядка десяти молекул, то понятия плотности или давления в такой системе теряют смысл. Эти понятия применимы лишь к сосуду, содержащему большое число частиц, именно в этом случае мы можем измерить давление нашими приборами. При статистическом равновесии, как следует из определения, в различных областях пространства сосуда прибор должен показывать одинаковое давление. Однако оказывается, что в достаточно малых (но макроскопических) областях в какие-то моменты времени это давление, а следовательно, и плотность, отличаются от среднего давления и средней плотности в сосуде. Самопроизвольное (спонтанное) отклонение от состояния статистического равновесия и называется флуктуацией. В случае с газом или жидкостью в сосуде флуктуации давления невозможно наблюдать обычными манометрами. Тем не менее, именно такими флуктуациями объясняется броуновское движение. Его можно наблюдать, если в сосуд с жидкостью поместить легкую, но в то же время видимую в микроскоп частицу (напомним, что молекулы жидкости наблюдать в микроскоп невозможно). Опыт показывает, что частица совершает сложные хаотические, но вполне регистрируемые движения. Такое движение было названо броуновским. Объяснение этого опыта было дано А. Эйнштейном, который показал, что оно является результатом возникновения по разные стороны частицы областей с разным числом молекул жидкости. Наличие флуктуаций характерно для любой системы, содержащей большое число частиц.