Контрольные вопросы

1. Какие основные научные программы античности Вам известны? Дайте им краткую характеристику.

2. Кто из философов античного периода формировал мировоззрение геоцентризма?

3. О каких идеях гелиоцентризма Аристарха Самосского Вам известно?

4. Что, согласно Бэкону, является «краеугольными камнями» здания науки?

5. Что такое эмпиризм?

6. Какую роль сыграли труды Н. Коперника в развитии науки?

7. Расскажите о взглядах Дж. Бруно на Вселенную.

8. Сформулируйте законы И. Кеплера.

9. Какой вклад внесли труды Г. Галилея в развитие науки?

10. Как называется главный труд И. Ньютона и что в нем изложено?

11. В чем заключается принцип детерминизма?

12. Какие открытия середины XIXвека Вам известны?

ТЕСТ

5.1. Назовите основоположника атомистической теории строения материи:

а) Аристотель

б) Демокрит

в) Пифагор

5.2. Геоцентризм – мировоззрение, согласно которому:

а) Солнце – центр Вселенной

б) Земля – центр Вселенной

в) Луна – центр Вселенной

5.3. Работа «Государство» принадлежит:

а) Платону

б) Демокриту

в) Сократу

5.4. Кто одним из первых ввел метод эксперимента в науку:

а) Роджер Бэкон

б) Исаак Ньютон

в) Роберт Гук

5.5. В какой работе Дж. Бруно впервые были высказаны идеи о безграничности Вселенной:

а) «О неизмеримом и неисчислимом»

б) «О бесконечности, Вселенной и мирах»

в) «Пир на пепле»

5.6. Идея «детерминизма» была высказана и развита:

а) Пьером Симоном Лапласом

б) Фрэнсисом Бэконом

в) Иммануилом Кантом

6. Основные физические концепции современного естествознания

1. Фундаментальные физические взаимодействия

Под взаимодействием понимается развертывающийся во времени и пространстве процесс воздействия одних объектов на другие путем обмена материей и движением.

В настоящее время известны четыре типа фундаментальных взаимодействий, которые определяют структуру объектов во Вселенной и к которым сводятся все взаимодействия в Природе: сильное,электромагнитное,слабоеигравитационное.

Согласно современной концепции близкодействия, в отличие от концепции дальнодействия,любое взаимодействие протекает с конечной скоростью, пределом которой является скорость света в вакууме, и нуждается в носителе передачи взаимодействия. В современной концепции близкодействия различают две модели: полевую и квантовую. Согласно полевой модели взаимодействие осуществляется посредством некоторых физических полей. Их примерами могут служить гравитационное и электромагнитное поля. Согласно квантовой модели взаимодействие между микрочастицами осуществляется путем обмена виртуальными частицами – переносчиками взаимодействия.

К основным характеристикам фундаментальных взаимодействий относят их интенсивность и радиус действия, т.е. расстояния на которых данное взаимодействие проявляет себя заметным образом.

Сильное взаимодействиеобусловливает связь между протонами и нейтронами в ядрах атомов. Оно является наиболее интенсивным из всех фундаментальных взаимодействий, радиус действия его порядка 10^-15 м. (примерный радиус атомного ядра).

Электромагнитное взаимодействие, примерами которого могут служить силы Кулона и силы Ампера, примерно в сто раз менее интенсивно, чем сильное. Силы электромагнитного взаимодействия медленно убывают с расстоянием (обратно пропорционально квадрату расстояния) и радиус его действия принимают равным бесконечности.

Слабое взаимодействиевызывает превращения элементарных частиц с участием нейтрино. Примером его проявления может служить бета–распад. Радиус действия слабого взаимодействия составляет порядка 10^-18м.

Гравитационное взаимодействие, проявлением которого служит сила тяжести, является наименее интенсивным. Как и в случае электромагнитного взаимодействия силы гравитационного взаимодействия медленно убывают с расстоянием и радиус его действия считают бесконечным.

Человек может воспринимать два типа взаимодействий: гравитационное и электромагнитное. Сильное и слабое взаимодействия непосредственно не воспринимаются человеком, но они играют основополагающую роль в образовании разнообразных объектов микромира.

В настоящее время заметна тенденция к объединению фундаментальных взаимодействий. Первым успехом здесь стало объединение электромагнитного и слабого взаимодействий в единое электрослабоевзаимодействие. Осуществляются попытки объединения электрослабого и сильного взаимодействий. В перспективе ставится задача объединения всех четырех типов фундаментальных взаимодействий –суперобъединение.

2. Закон сохранения и превращения энергии

Открытие закона сохранения и превращения энергии явилось одним из величайших достижений науки 19 века. Его открытие непосредственно связано с предыдущем развитием всех областей физики и естествознания. Независимо друг от друга почти одновременно к установлению закона сохранения и превращения энергии пришли Юлиус Роберт Майер (1814-1878), Джем Прескотт Джоуль (1818-1889) и Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц (1821-1894).

Р. Майер пришел к идее превращения и сохранения энергии в 1841 г. Журнал «AnnalenderPhysik» публикует первую его научную статью «О количественном и качественном определении сил», в которой он пишет «Движение, теплота и, как мы намерены показать в дальнейшем, электричество представляют собой явления, которые могут быть сведены к одной силе [энергии], которые изменяются друг другом и переходят друг в друга по определенным законам».

К сожалению, эта работа, как и вторая его работа «Замечания о силах неживой природы» (1842) не привлекли внимания ученых. Интерес к данной проблеме у физиков появился только после публикации работ Джоуля и Гельмгольца.

В 1842 г. под влиянием работ Майкла Фарадея (1791-1867) Джоуль исследует тепловые эффекты электрического тока (закон Джоуля-Ленца). В 1843 г. он определяет механический эквивалент теплоты (4,5 Дж/кал), впоследствии он усовершенствует свои опыты и будет проводить их вплоть до 1878 г.

Расчеты Майера и опыты Джоуля позволили сформулировать принцип эквивалентности между теплотой и работой: «во всех случаях, когда из теплоты появляется работа, тратится количество тепла, равное полученной работе, и наоборот, при затрате работы получается то же количество тепла». Этот вывод получил название первого начала термодинамики.

Если в работах Майера для установления закона сохранения и превращения энергии большую роль сыграло общефилософское убеждение во взаимосвязи сил природы, для Джоуля его эксперименты, то немецкий ученый Гельмгольц в своих работах, в частности «О сохранении силы» (1847), проанализировал закономерности превращения энергии с точки зрения физической теории. Гельмгольц сумел связать воедино результаты всех многих исследований, относящихся к разным областям физики.

3. Электромагнитная концепция. Корпускулярно-волновой дуализм света

Электродинамика – наука, о свойствах и закономерностях поведения особого вида материи – электромагнитного поля, посредством которого осуществляется взаимодействие между электрическими зарядами и токами.

Понятие поля для описания электромагнитных явлений было введено английским физиком Майклом Фарадеем, которому принадлежит открытие явления электромагнитной индукции. Сущность явления электромагнитной индукции состоит в том, что переменное магнитное поле всегда порождает в окружающем пространстве электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями (вихревое электрическое поле). На этом явлении основана работа электродвигателей и генераторов электрического тока.

Помимо открытия явления электромагнитной индукции (1831) следует отнести к достижениям Фарадея следующие: открытие законов электролиза (1834), обнаружение поляризации диэлектриков и введение понятия диэлектрической проницаемости (1837), экспериментальное доказательство закона сохранения электрического заряда (1843), открытие диамагнетизма и обнаружение явления вращения плоскости поляризации света в веществе, помещенном в магнитное поле (1845), открытие парамагнетизма (1847) и др.

Математическая теория электромагнитного поля была позднее развита английским физиком Джемсом Клерком Максвеллом (1831-1897). Все основные проявления электромагнитного поля он выражает с помощью систем из двадцати уравнений (впоследствии О. Хевисайдом и Г. Герцем система уравнений Максвелла приводится к более простому виду, который используется в наши дни). Из этих уравнений вытекает: 1) переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им электрическим полем, а переменное электрическое поле связано с порождаемым им магнитным, т.е. электрическое и магнитное поля неразрывно связаны друг с другом и образуют единое электромагнитное поле; 2) существование электромагнитных волн, которые распространяются в вакууме со скоростью совпадающей со скоростью распространения света; 3) поперечность электромагнитных волн: «Электромагнитное поле в каждой точке характеризуется напряженностью электрического и магнитного полей. Напряженность электрического и магнитного полей – величины векторные, т.к. характеризуются не только величиной, но и направлением. Векторы напряженности полей взаимно перпендикулярны и перпендикулярны к направлению распространения».

Вывод Максвелла о том, что скорость распространения электромагнитных волн совпадает со скоростью распространения света приводит к созданию электромагнитной теории света, согласно которойсвет представляет собой частный случай электромагнитных волн в диапазоне от 380до760нм. Экспериментально электромагнитные волны были обнаружены немецким физиком Генрихом Рудольфом Герцем (1857-1894).

Корпускулярно-волновой дуализм света.К концу 17 в. возникают две теории света: корпускулярная, предложенная И. Ньютоном, согласно которой свет представляет собой поток частиц, и волновая, предложенная Х. Гюйгенсом, в которой свет рассматривался как упругая волна.

К началу 19 в. были открыты явления интерференции и дифракции света, в которых свет проявляет волновые свойства. Интерференция света заключается в том, что при взаимном наложении двух или нескольких световых волн происходит перераспределение энергии в пространстве. Для наблюдения устойчивой картины интерференции (чередование светлых и темных полос на экране) необходимо соблюдение условия когерентности волн, т.е. самосогласованного протекания колебательных и волновых процессов. Дифракция света состоит в явлении отклонения света от прямолинейного распространения на различных препятствиях, размеры которых сравнимы с длиной волны.Поляризациясвета проявляет себя в изменении интенсивности света в зависимости от взаимной ориентации кристаллов при пропускании света через них. Это явление объясняется на основе предположения о поперечности световых волн.

Исследование явлений интерференции, дифракции, поляризации света, построение электромагнитной теории Максвелла привели к утверждению волновой теории света.

Однако в конце 19 в. и начале 20-го был обнаружен ряд эффектов, которые оказалось невозможным объяснить на основе волновых представлений. Одной из проблем, стоящей перед физиками конца 19-го в., была проблема излучения черного тела, т.е. тела, поглощающего всю падающую на него энергию. Попытки объяснить излучение черного тела и его закономерности были предприняты Вильгельмом Вином (1864-1927) и Джоном Уильямом Рэлеем (1842-1919). Из классической теории следовало, что раскаленное тело с течением времени должно отдавать все больше тепла в окружающее пространство и яркость его свечения должна все больше возрастать («ультрафиолетовая катастрофа»). Проблема излучения черного тела была решена немецким физиком Максом Карлом Эрнстом Людвигом Планком (1858-1947). 14 декабря 1900 г. М. Планк докладывает Берлинскому физическому обществу о своей знаменитой гипотезе и новой формуле излучения. Согласно гипотезе Планка,излучение света происходит не непрерывно, а дискретно, т.е. определенными порциями (квантами), энергия Е которых определяется частотой :

E=h,

где h= 6,63 10^-34Дж · с – постоянная Планка. На основе этой гипотезы удалось полностью объяснить тепловое излучение черного тела.

В 1905 г. А. Эйнштейн на основе предположения о том, что свет не только испускается отдельными порциями, но и поглощается в виде отдельных порций, объяснил все закономерности явления фотоэффекта открытого в 1887 г. Г. Герцем.

Явление фотоэффектасостоит в испускании электронов веществом под действием света. Количественные закономерности фотоэффекта были экспериментально установлены Александром Григорьевичем Столетовым (1839-1896): 1) количество вырываемых с поверхности вещества электронов (фотоэлектронов) пропорционально интенсивности падающего на поверхность тела излучения; 2) максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и не зависит от интенсивности светового излучения; 3) если частота света меньше некоторой определенной для данного вещества минимальной частоты (красная граница фотоэффекта), то фотоэффект не наблюдается; 4) фотоэффект протекает практически мгновенно.

На основе волновой теории удавалось объяснить только первый из четырех законов фотоэффекта.

Итак, в ряде экспериментов свет обнаруживает наряду с волновыми свойствами и свойства частиц–фотонов, обладающих энергией и импульсом.Фотон–частица, обладающая нулевой массой покоя, но имеющая определенную энергию и импульс.

Итак, изучение свойств распространения света и его взаимодействия с веществом привели к корпускулярно-волновому дуализму света: свет способен проявлять как свойства волны, так и свойства частиц. Заметим, что природа света едина (!) -электромагнитная, а свойства его носят двойственный характер.

4. Основные концепции квантовой механики. Строение атомов.

Представление об атомах как мельчайших неделимых частицах вещества возникло во времена античности. Но в средние века идея атомизма не получает признания и только к началу 18 века идеи атомизма вновь приобретают свою популярность. Большой вклад в возрождение теории атомизма был внесен французским химиком Антуаном Лораном Лавуазье (1743-1794), русским ученым Михаилом Васильевичем Ломоносовым (1711-1765), английским химиком и физиком Джоном Дальтоном (1766-1844). При этом до конца 19 в. основополагающим утверждением было, что атом есть наименьшая частица простого вещества, предел делимости материи.

По сути, изучение внутреннего строения атомов начинается с 1897 г., когда английский физик Джозеф Джон Томсон (1856-1940) при исследовании катодных лучей, возникающих при электрическом разряде в сильно разреженных газах, открыл электрон. Вот что пишет Томсон о своем открытии: «После длительного обсуждения экспериментов оказалось, что мне не избежать следующих заключений:

1. Атомы не неделимы, так как из них могут быть вырваны отрицательно заряженные частицы под действием электрических сил, удара быстро движущихся частиц, ультрафиолетового света и тепла.

2. Эти частицы все одинаковой массы, несут одинаковый заряд отрицательного электричества, от какого бы рода атомов они не происходили, и являются компонентами всех атомов.

3. Масса этих частиц меньше, чем одна тысячная масса атома водорода. Я вначале назвал эти частицы корпускулами, но они теперь называются более подходящим именем «электрон».

На основе своих результатов Томсон предложил свою модель атома. Согласно этой модели, атом состоит из положительно заряженного вещества, внутрь которого вкраплены электроны. Однако модель Томсона не могла объяснить, открытый к тому времени эффект испускания положительно заряженных альфа-частиц радиоактивными веществами.

Опыты английского физика Эрнеста Резерфорда (1871-1937) в 1911 г. по исследованию движения альфа-частиц в газах и других веществах привели к созданию планетарной модели атома. Результаты опытов Резерфорд изложил в «Философском журнале» в статье «Рассеяние альфа- и бета-частиц в Веществе и Строение Атома». Согласно модели Резерфорда в центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого по разным орбитам вращаются электроны. Так как масса электрона ничтожно мала, то почти вся масса атома сосредоточена в ядре.

Далее было установлено, что чем больше заряд ядра, тем сильнее отклоняются альфа-частицы от прямолинейного пути при прохождении через вещество. Это позволило уточнить формулировку периодического закона Д.И. Менделеева: химические свойства элементов находятся в периодической зависимости не от атомной массы элементов, а от электрического заряда их ядер. В соответствии с величиной заряда ядер элементы выстраиваются в определенной последовательности.

В свою очередь в модели Резерфорда имелись и существенные недостатки. Согласно классической электродинамике электрон в процессе вращения с центростремительным ускорением должен часть своей энергии терять на излучение и за короткое время упасть на ядро. Спектр излучения атома должен быть непрерывным.

Однако, большинство атомов являются стабильными, устойчивыми системами, а изучение спектров излучения разреженных газов (т.е. спектров излучения отдельных атомов) показали, что в их излучении представлены только отдельные частоты, т.е. спектр отдельных атомов носит линейчатый, а не непрерывный характер. Атомы вещества испускают свет только в строго определенных, для каждого вещества своих, узких спектральных интервалах.

Недостатки теории Резерфорда частично удалось исправить датскому физику Нильсу Хенрику Давиду Бору (1885-1962). Результаты своих размышлений и расчетов по строению атомов им были опубликованы в 1913 г. Тогда и были сформулированы два знаменитых постулата:

1. В атоме существуют стационарные (не изменяющиеся со временем) состояния, в которых он не излучает энергии. Стационарным состояниям атома соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Движение электронов по стационарным орбитам не сопровождается излучением.

2. При переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается (поглощается) один фотон с энергией равной разности энергий соответствующих стационарных состояний.

На основании теории Н. Бора удалось объяснить линейчатый спектр атома водорода, рассчитать радиусы стационарных орбит для электрона в атоме водорода. Однако, на основе теории Бора не удалось построить теорию многоэлектронных атомов. Затруднения были преодолены при построении квантовой механики.

Корпускулярно-волновой дуализм вещества.Развив представления о двойственном поведении электромагнитного излучения французский физик Луи де Бройль (1892-1987) в 1923 г. выдвинул гипотезу о двойственном характере поведения микрочастиц. Согласно этой гипотезе:всем микрообъектам присущи и корпускулярные, и волновые свойства; в зависимости от внешних условий микрообъекты проявляют либо свойства частиц, либо волновые свойства.

Таким образом, корпускулярно-волновой дуализм приобретает универсальный характер: не только фотоны, но и электроны и любые другие микрочастицы наряду с корпускулярными обладают и волновыми свойствами.

Экспериментально гипотеза де Бройля была подтверждена в опытах американских физиков Клинтона Джозефа Дэвиссона (1881-1958) и Лестера Халберта Джермера (1896-1971), которые обнаружили явление дифракции электронов на монокристаллах никеля.

Огромный вклад в развитие квантовой механики был внесен немецким физиком Вернером Карлом Гейзенбергом (1901-1976) и австрийским физиком-теоретиком Эрвином Шредингером (1887-1961). Шредингера можно считать основателем волновой квантовой механики, где описание состояния микрочастицы осуществляется с помощью волновой функции, введенной немецким физиком Максом Борном (1882-1970). Согласно Борну состояние микрообъекта носит вероятностный характер, а квадрат модуля волновой функции определяет вероятность нахождения частицы в данный момент времени в той или иной точке пространства (плотность вероятности). В 1926 г. Шредингер сформулировал основное уравнение квантовой механики, которому подчиняется волновая функция.

Гейзенберг явился основателем матричной квантовой механики. Для описания поведения микрообъектов он использует матричный математический аппарат. Здесь каждой характеристике электрона, микрочастицы: координате, импульсу, энергии и др. ставятся в соответствие определенные матрицы, для которых затем записываются соответствующие уравнения. Матричный подход Гейзенберга нашел широкое применение и в настоящее время именно он в большинстве задач используется для практических вычислений.

Гейзенберг отмечает, что квантово-механические матрицы координаты и импульса не коммутируют друг с другом (не подчиняются перестановочному закону, т.е. АВ ВА). Это является математическим выражениемпринципа неопределенностей, сформулированным им в 1927 г.:микрочастица не имеет одновременно точных значений координаты и соответствующей ей проекции импульса, а следовательно, не имеет траектории движения. В частности, электрон в атоме не имеет траектории; вместо непрерывных кривых (стационарные орбиты Бора) есть некоторый дискретный набор чисел (квантовые числа), значения которых зависят от номера начального и конечного состояний электрона.

В 1927 г. Н. Бор формулирует принцип дополнительности: получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект, неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым. Так координата и соответствующая ей проекция импульса являются дополнительными друг к другу величинами.

Дальнейшее развитие квантовая теория получает в исследованиях английского физика Поля Дирака. В 1928 г. им была построена релятивистская теория движения электрона на основе применения в квантовой механике основных положений теории относительности. Из теории Дирака вытекал вывод о возможности существования положительно заряженного «электрона». Через 4 года такая частица – позитрон уже была открыта.

С теоретическим исследованием поведения электронов в атомах связаны работы швейцарского физика – теоретика Вольфганга Паули. Он сформулировал один из важнейших принципов теоретической физики – принцип запрета (принцип Паули).

Принцип Паули утверждает, что на одной орбите не может одновременно находиться более двух электронов, при этом спины у электронов должны быть противоположно направлены. В современной формулировке этот принцип звучит так: две тождественные частицы не могут находиться в одном квантовом состоянии.Под спином частицы понимается собственный механический момент импульса частицы, всегда присущий данному виду частиц, определяющий их свойства, обусловленный их квантовой природой. В отличие от классического момента импульса, который может принимать любые значения в их непрерывной последовательности, спин принимает только определенные дискретные значения, пропорциональные постоянной Планка. Коэффициент пропорциональности,спиновое квантовое число, у одних частиц имеет только целочисленные значения (бозоны), а у других – полуцелые (фермионы). Принцип Паули распространяется только на фермионы, к числу которых принадлежат электрон, протон, нейтрон. Из спиновое квантовое число 1/2.

Принцип Паули позволил объяснить расположение химических элементов в периодической системе и состав атомных ядер.

Классификация элементарных частиц. Представление об атоме как о наименьшей неделимой структурной частице вещества претерпело с конца 19-го века принципиальные изменения.

Прежде всего, был открыт электрон. Его характеристики были определены в 1897 г. Дж. Дж. Томсоном. Было установлено, что ион водорода, который Резерфорд назвал в 1914 г. протоном, является элементарным носителем положительного заряда. В 1920 г. Резерфордом было предсказано существованиенейтрона, который был открыт в 1932 г. В том же году был открытпозитрон.

К настоящему времени открыто несколько сотен элементарных частиц. Естественно, что столь большое число элементарных частиц нуждается в конкретной классификации. Одним из тех, кто взялся за решение задачи классификации элементарных частиц, был Марри Гелл-Манн (р. 1929). В основе классификации элементарных частиц лежит их возможность участвовать в тех или иных видах фундаментальных взаимодействий.

Элементарные частицы, не участвующие в сильном взаимодействии, получили название лептонов. Класс лептонов состоит из шести частиц (электрон, мюон, тау-лептон и три вида нейтрино) и шести античастиц.

Частицы, которые способны участвовать в сильном взаимодействии, относятся к группе адронов. Адронов очень много. Они состоят из кварков, и все их большое разнообразие можно свести к сочетанию кварков – элементарных частиц с дробным электрическим зарядом: 1/3 или 2/3. Класс кварков, как и класс лептонов, состоит из шести частиц и шести античастиц.

Адроны, образуемые комбинациями трех кварков, носят название барионов (протон, нейтрон и др.). Адроны, состоящие из кварка и антикварка, называются мезонами. Кварки не встречаются в свободном состоянии, а образуют связанные соединения (адроны).

К отдельной группе частиц следует отнести частицы–переносчикивзаимодействий. Так электромагнитное взаимодействие передается нейтральным фотоном не имеющим массы, что обусловливает большой радиус этого взаимодействия. Переносчики слабого взаимодействия, два промежуточных векторных бозонаW^и один нейтральныйZ– бозон, обладают большой массой и обеспечивают осуществление слабого взаимодействия только на очень коротких расстояниях.

По времени жизни частицы можно разбить на: 1) стабильные (электрон, протон, фотон, нейтрино); 2) квазистабильные – распадающиеся вследствие электромагнитного и слабого взаимодействий (нейтрон; 3) нестабильные – распадающиеся вследствие сильного взаимодействия (-мезоны).

5.Равновесная (классическая) и неравновесная термодинамика.

Классическая термодинамика 19 века занималась изучением тепловых явлений без учета молекулярного строения тел. При этом предметом ее исследований выступали закрытые системы, т.е. системы, которые не обмениваются энергией, веществом и информацией с окружающей средой.

Основу классической термодинамики составляют несколько постулатов (начал).

Первое начало термодинамики, представляющее собой закон сохранения и превращения энергии, в современной формулировке звучит так: количество теплоты, сообщаемое системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы против внешних сил.

Результаты многочисленных наблюдений показывают, что в отличие от механических процессов, тепловые процессы необратимы. Всякая замкнутая система с течением времени стремится перейти в состояние термодинамического равновесия. Достигнув состояния термодинамического равновесия, замкнутая физическая система остается в нем сколь угодно долго. Таким образом, все термодинамические процессы в замкнутых физических системах являются необратимыми и носят направленный характер. Австрийский физик Людвиг Эдуард Больцман (1844-1906) писал следующее: «Когда произвольная система тел будет предоставлена сама себе и не подвержена действию других тел, то всегда может быть указано направление, в котором будет происходить каждое изменение состояния». Направление протекания процессов характеризуется функцией состояния -энтропией, которая неотрицательна, максимальна в состоянии термодинамического равновесия, и отсюда вывод: «всякая замкнутая система тел стремится к определенному состоянию (состоянию термодинамического равновесия), для которого энтропия будет максимум» (второе начало термодинамики).

Л. Больцман дал статистическую интерпретацию второго начала термодинамики и вскрыл его вероятностный характер. Согласно Л. Больцману энтропия характеризует меру хаоса, беспорядка в системе. Наибольшей вероятностью осуществления обладает состояние термодинамического равновесия. При переходе системы из неравновесного состояния в состояние равновесия вероятность состояния возрастает, система переходит от состояния порядка к состоянию хаоса, беспорядка.

Если в равновесной классической термодинамике изучались замкнутые системы, то неравновесная термодинамика изучает процессы в открытых системах, находящихся далеко от равновесного состояния. Исследованием поведения открытых систем занимается синергетика.

Рассмотрим основные свойства открытых систем: 1) реакцию системы на внешние условия; 2) случайный характер поведения системы; 3) наличие переломных точек в развитии системы – точек бифуркации; 4) согласованное поведение всех частей системы, ее когерентность.

Изучение поведения открытых систем позволило прийти к пониманию целого ряда вопросов эволюции в неживой и живой природе. Отметим термодинамический аспект синергетики, открытые системы способны не только поддерживать упорядоченность системы, но и создавать ее из хаоса, беспорядка. Такие системы носят название диссипативных систем. Диссипативные системы рассеивают энергию в окружающую среду, т.е. производят энтропию. В результате этого в системе возникает порядок, а общая энтропия (энтропия системы и окружающей среды) возрастает.