Раздел III. Элементы современной физики 175

ния процессов в природе. Тот факт, что энтропия изоли­рованной системы не может убывать, а только возрастает и достигает максимального значения в равновесном состоя­нии, является отражением того, что в природе возможны процессы, протекающие только в одном направлении — в направлении передачи тепла только от более горячих тел менее горячим,

Существуют различные формулировки II начала термо­динамики. Все они являются эквивалентными. Приведем некоторые из них:

/. Невозможны такие процессы, единственным конеч­ным результатом которых был бы переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому.

2. В природе возможны процессы, протекающие только в одном направлении — в направлении передачи тепла только от более горячих тел менее горячим.

3. КПД любой тепловой машины всегда меньше 100 %, то есть невозможен вечный двигатель ("перпетуум моби-ле") IIрода (так как невозможно построить тепловую ма­шину, работающую не за счет перепада теплоты, а за счет теплоты одного нагревателя).

4. Кпд любой реальной тепловой машины всегда мень­ше кпд идеальной тепловой машины.

5. Энтропия изолированной системы при протекании необратимых процессов возрастает, ибо система, предос­тавленная самой себе, переходит из менее вероятного со­стояния в более вероятное. Энтропия системы, находя­щейся в равновесном состоянии, максимальна и постоянна. (AS > 0).

Эту последнюю формулировку требуется обсудить более подробно.

4.3. Энтропия и вероятность

?.т« В основе термодинамики лежит различие междудауш-дапами процессов — обратимыми и необратимыми.},

176 Концепции современного естествознания

Физический смысл энтропии, само понятие энтропии, введено в физическую теорию как раз для того, чтобы от­личат^ в случае изолированных систем обратимые процессы (энтропия максимальна и постоянна) от необратимых про­цессов (энтропия возрастает).

Благодаря работам великого австрийского физика Люд­вига Больцмана это отличие было сведено с макроскопи­ческого уровня на микроскопический. Состояние макроско­пического тела (системы), заданное с помощью макропара­метров (параметров, которые могут быть измерены макро­приборами — давление, температура, объем и другие мак­роскопические величины, характеризующие систему в це­лом) называют макросостоянием.

Состояние макроскопического тела, охарактеризован­ное настолько подробно, что оказываются заданными со­стояния всех образующих тело молекул, называется микро­состоянием.

Всякое макросостояние может бьпъ осуществлено различ­ными способами, каждому из которых соответствует некото­рое микросостояние системы. Число различных микрососто­яний, соответствующих данному макросостоянию, называ­ется статистическим весом W, или термодинамической ве­роятностью макросостояния. Попробуем разобраться в этом.

Мы знаем, что весь окружающий мир состоит из моле­кул и атомов. Поместим в некоторый сосуд с теплоизоли-рованными стенками некоторое количество газа, число мо­лекул которого равно N. Выделим какую-либо одну моле­кулу. Предположим, что каким-либо образом мы можем ее пометить, скажем, окрасить в зеленый цвет. Если бы мы могли это сделать, то получили бы возможность отличать ее от других молекул и тем самым отследить ее поведение в данном объеме. Наблюдая за этой молекулой, мы очень скоро убедимся, что она может занимать любое положение в сосуде. Причем положение ее в любое мгновение оказы­вается случайным.

Теперь разделим наш объем на две половины. Мы уви­дим, что наша молекула, беспорядочно блуждая, постоян-