Раздел 111. Элементы современной физики 181

жно все более и более изменяться в определенном направ­лении"¹.

4.5. Демон Максвелла

С возникновением термодинамики в физике сложилась весьма щекотливая ситуация. Дело в том, что законы нью­тоновской классической механики являются обратимыми. Это своим следствием имеет тот факт, что в классической динамической системе всегда можно, варьируя начальные условия, привести систему в определенное, "нужное", за­ранее выбранное состояние. Иными словами, жесткая де­терминированность законов классической физики, отсут­ствие в ней элементов вероятности, случайности определя­ют возможность воздействия на систему, управления систе­мой. Наиболее ярким примером подобного детерминиро­ванного описания может служить "демон Лапласа".

Второе начало термодинамики указывает на то обстоя­тельство, что вследствие необратимого характера протека­ния процессов в термодинамических системах они не могут быть управляемыми до конца. И. Пригожий и И. Стен-герс очень образно выразили этот факт словами: "Необра­тимое увеличение энтропии описывает приближение сис­темы к состоянию, неодолимо "притягивающему" ее, пред­почитаемому ею перед другими, — состоянию, из которого система не выйдет по "доброй воле"².

Однако второе начало термодинамики справедливо для системы с большой совокупностью частиц. На это обстоя­тельство особенно обращал внимание Максвелл, говоря о том, что в системах с малым количеством объектов следстви­ем статистических законов должно стать нарушение второго начала термодинамики. И если бы имелось такое существо (демон Максвелла), которое обладало бы способностью видеть, следить за каждой молекулой, отбирать отдельные

¹ Второе начало термодинамики. М.-Л. 1934. С. 133—134.

² Пригожий И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М., 1986. С. 173. .

182 Концепции современного естествознания

молекулы, то оно могло бы нарушить закон возрастания эн­тропии. Так, если бы это существо отбирало самые быстрые молекулы и перекладывало бы их во второй сосуд, то в пер­вом сосуде газ охлаждался, а во втором нагревался. Так что с помощью демона Максвелла можно было бы нагревать газ во втором сосуде без расхода энергии, просто за счет умелого разделения молекул газа на две части. С точки зрения клас­сической механики, если рассматривать молекулы в качестве материальных точек, здесь не возникает никакого парадок­са. Сам Максвелл считал, что если в макроскопической тео­рии следует оперировать усредненными величинами и стати­стическими закономерностями, что отличает это описание от принятого в классической механике, то для микропроцес­сов такого различения не требуется: здесь тепловые и меха­нические явления тождественны по своей сути.

Разрешение парадокса с демоном Максвелла было дано Сциллардом в 1928 году. Демон, для того, чтобы осуще­ствлять наблюдение за молекулами, должен иметь размеры, ненамного превышающие размеры самих молекул. Но при этом те молекулы, которые составляют самого демона, сами пребывают в хаотическом движении. Чтобы исключить хао­тическое движение самого демона, надо все время поддер­живать его при очень низкой температуре. Вот и получает­ся, что для подавления собственного хаотического движе­ния демона, его собственных флуктуации требуется не мень­ше энергии, чем демон мог бы раздобыть, неутомимо ра­ботая по разделению быстрых (горячих) и медленных (хо­лодных) молекул.

жгавДйТ

^г'; 4.6. Проблема тепловой смерти ^' Вселенной. Флуктуационная гипотеза Больцмана

Дальнейшее развитие принципа необратимости, прин­ципа возрастания энтропии состояло в распространении это-