2.8. Філософсько-методологічні основи другого закону термодинаміки

Як вже зазначалося, розуміння другого закону термодинаміки і його визнання починаються від вищеназваної роботи Саді Карно (1824 р.). Пізніше Клаузіус і Томсон по-новому обгрунтували теорему Карно. Другий закон набув характеру закону про існування і неубування ентропії при будь-яких процесах в ізольованих системах і про зростання ентропії в реальних процесах.

Клаузіус висунув положення про теплову смерть Всесвіту, припустивши Всесвіт ізольованою системою і враховуючи неминуче зростання ентропії в реальних необоротних процесах.

З філософських позицій Ф. Енгельс в своїй праці «Діалектика природи» відкинув це положення, вказавши на ту обставину, що рух як форма існування матерії не може бути знищений, а отже, незнищувані й всі види руху, зокрема перетворення видів енергії.

Больцман висунув флуктуаційну теорію, підсиливши її значення протилежним напрямом перебігу часу у флуктуаціях, що розвиваються і згасають.

Простежимо за міркуваннями Больцмана, залучивши для цього один з численних опублікованих ілюстративних прикладів.

Виконаємо два уявні експерименти.

1. Наллємо у посудину дві однакові рідини, що розрізняються тільки кольором, і почекаємо. Вони самочинно змішаються. Сьогодні й для школяра не секрет, що це результат хаотичного теплового руху частинок рідини.

2. Насиплемо у барабан шар білих куль, а на них шар чорних і приведемо барабан в обертання. Кулі поступово перемішаються, і, вийнявши з будь-якої частини барабану достатньо велику їх порцію, ми виявимо в ній однакову кількість білих і чорних куль.

Обертаючи барабан у зворотний бік, чи можна домогтися розділення куль на білі та чорні, тобто повернути систему в первинний стан, у минуле? Цього зробити не вдається. Не розділяються і рідини, що змішалися. Чому? Щоб кулі, що змішалися в барабані, знов розділилися при його обертанні у зворотному напрямі, необхідно забезпечити точне відтворення всіх елементарних кроків. Тобто кожна куля окремо і всі разом мають відтворити у зворотному порядку всі свої рухи – поверненням в минуле ми назвали б точне повторення подій в зворотному порядку. Точне! Але це неможливо вже тому, що «шорсткості» – найдрібніші нерівності поверхні куль – деформуються випадковим чином. Обертаючи барабан назад і думаючи, що повертаємо процес в минуле, ми насправді відводимо його ще далі в майбутнє, у бік невпорядкованості.

Цим міркуванням Больцман не тільки не спростував, але й підкріпив висновок Томсона про неухильний розвиток природи від порядку до хаосу, про рух світу від стану, в якому механічна, електрична, хімічна, теплова й інші види енергії розподілені нерівномірно, до стану, в якому все і скрізь однакове, і однакове назавжди: безживно, незворушно! Але повернемося ще раз до барабану з кулями. Узявши з нього тисячу куль, ми майже завжди матимемо 500 білих і стільки ж чорних. Якщо ж вийняти дві кулі, то часто обидва будуть білими або чорними, будуть однаковими.

І висновок: у малих частинах великої невпорядкованої системи може самочинно виникати впорядкованість! Самочинно, тобто без допомоги бога, лише по волі випадку...

Випадок – ось всесильний джин, якого виявив Больцман.

Думка Больцмана зводиться до того, що Всесвіт, величезна сукупність зоряних систем, в цілому знаходиться в стані теплової рівноваги – в повній невпорядкованості і в повній відповідності з другим законом термодинаміки. Але в окремих її частинах і навіть в об'ємах, колосальних, на наш погляд, але малих у порівнянні зі всім Всесвітом, господарем може стати випадок. Він може породити сплеск енергії, як кажуть вчені, флуктуацію. Через гру випадку подекуди можуть випадково виникнути вогнища підвищеної температури. Вони дадуть ту різницю теплових рівнів, яка породить рух, життя.

«Цей метод, – пише Больцман, – здається мені єдиним методом, при якому можна уяви ти собі... теплову смерть одиничного світу, без односторонньої зміни всього Всесвіту від певного початку до завершального стану. Можна сказати, що існування Всесвіту і полягає в тому, що в ньому постійно виникають випадкові неврегульованості, які "розсмоктуються", щоб за законом випадку виникнути знову. Ми живемо в одній з таких "збурених" областей. Наш світ – видима нами частина Всесвіту – існує вже близько десяти мільярдів років і проіснує ще набагато більше. Людство виникло лише пару мільйонів років тому, а цивілізація роз вивається всього декілька тисячоліть. Мас штаби часу такі, що нам немає чого турбуватися про те, коли завершиться "збудженість" нашого світу».

Сучасні погляди відкидають можливість теплової смерті Всесвіту, оскільки Всесвіт, що розширюється (на погляд одних астрономів), або пульсуючий (на погляд інших) нестаціонарний (теплова смерть – рівноважний стан). Виникнення зірок і галактик у гравітуючому Всесвіті (Больцман не враховував гравітацію) йде нормально із зростанням ентропії. Облік гравітації у Всесвіті на основі теорії Ейнштейна приводить до того, що для Всесвіту не існує максимальної ентропії.