Флуктуации.

Это положение можно проиллюстрировать простым примером. Закон диффузии газов очень близок к закону теплопереноса, поскольку в процессе диффузии моле­кулы газов стремятся распределиться равномерно. Если на газ не воздействовать извне, то будет наблюдаться тенденция к выравниванию его плотности. Было бы по меньшей мере странно, если бы газ, первоначально обладавший равномерной плотностью, вдруг стал бы скап­ливаться в одной части сосуда, оставляя при этом неза­полненное пространство в другой его части. Аналогич­ное весьма маловероятное явление происходило бы с теплом, переходящим от менее нагретого к более нагре­тому телу.

Давайте теперь предположим, что существует кро­хотный сосуд, вмещающий всего две молекулы, по одной в каждой половине сосуда. Молекулы эти находятся в непрерывном движении, ударяясь о стенки и беспо­рядочно проскакивая вперед и назад из одной части сосуда в другую. При этом, очевидно, существуют четы­ре возможных варианта расположения молекул в про­странстве:

А - В, В - А, АВ 0, 0 АВ.

В двух вариантах из четырех в одной половине сосуда возникает вакуум.

Следовательно, вероятность такого события равна 1/2, и можно ожидать, что половину вре­мени одна часть сосуда будет пустой.

Случайное изменение плотности вещества называется флуктуацией.

С увеличением числа молекул вероятность появления вакуума резко па­дает.

При общем числе молекул, равном п, вероятность того, что половина сосуда окажется пустой, составит (1/2)^n-1 . Практически число молекул огромно, поэтому вероятность такого события близка к нулю.

Так, для ре­ального случая, когда разница давлений в двух половин­ках одного кубического сантиметра газа не превышает одного процента, вероятность возникновения вакуума в какой-нибудь половине этого кубика ничтожно мала; такое событие может произойти один раз за 10¹⁸⁰ лет!

Парадокс „теп­ловой смерти" Вселенной

Современная формулировка второ­го начала термодинамики, гласящая, что энтропия по­стоянно увеличивается, возникла из более ранних пред­ставлений о направлении движения тепла. Поскольку общее количество энергии во Вселенной постоянно, оно не может уменьшаться или увеличиваться. Вместе с тем движение теплоты сопровождается неизбежными поте­рями. Поэтому наступит такое время, когда во Вселенной установится одна и та же температура. Поскольку при этом не будет более разницы температур между от­дельными телами, а следовательно, по терминологии Карно, и переноса калорий, не будет совершаться рабо­та.

Этот неизбежный конец мира называют иногда „теп­ловой смертью".

Мы же говорим о нем по следующей причине. Если бы удалось создать вечный двигатель, ра­бота которого противоречила бы второму началу термо­динамики, то это позволило бы не только локально при­остановить рост энтропии, но даже добиться ее уменьше­ния. Тот факт, что в среднем энтропия непрерывно растет, не исключает, конечно, возможности ее случай­ного локального уменьшения. Просто вероятность тако­го события слишком мала.

Пожалуй, так же мала, добавим мы, как и в описанном выше случае с чайником, в котором вода в принципе мо­жет замерзнуть, вместо того чтобы закипеть.

Химик Ге­нри Бент вычислил вероятность локального уменьше­ния энтропии, исходя из условия полного превращения одной калории тепловой энергии в работу. Бент остро­умно сравнил это событие с изданием полного собрания сочинений Уильяма Шекспира группой обезьян, слу­чайным образом нажимающих на клавиши пишущей ма­шинки. Он показал, что вероятность такого превраще­ния калории равна вероятности того, что обезьяны смо­гут пятнадцать квадриллионов раз подряд без единой ошибки ударить по нужным клавишам и таким образом напечатать все, что создал Шекспир.