Энтропия – физический смысл и механизм его реализации

Энтропия – физический смысл и механизм его реализации Ниже на уровне поведения самих молекул газа представлен механизм, который в физическом смысле управляет тем, что в настоящее время скрывается за термином «энтропия».

Информация из справочников: ЭНТРОПИЯ «(греч. ἐντροπία – поворот, превращение) – функция состояния термодинамической системы, характеризующая направление протекания самопроизвольных процессов в этой системе и являющаяся мерой их необратимости».

«При помощи понятия Э. формулируется второе начало термодинамики: Э. термоизолированной системы всегда только увеличивается, т.е. такая система, предоставленная самой себе, стремится к тепловому равновесию, при к-ром Э. максимальна».

«Э. — в естественных науках мера беспорядка системы, состоящей из многих элементов». «Энтропия системы тем выше, чем больше степень неупорядоченности (беспорядка) системы».

Когда говорят и пишут об энтропии, то чаще всего используют термины «беспорядок» или «хаос». И здесь задумаемся о следующем. Если в изолированной системе неизменно теплота рассеивается равномерно по всему её объёму, то почему его следует относить к беспорядку?

Часто в объяснениях это явление сопоставляют с разбрасыванием различных вещей в доме, мол, такой разброс - что попало и куда попало и есть хаос. Такое сопоставление нельзя отнести к корректным. Во-первых, при чём тут наш быт и наша чувствительность по отношению к тому, что и где лежит? Во-вторых, говоря о самом распределении теплоты, мы не должны её сравнивать с чем-то разнообразным по виду, да ещё и хаотично распределённым, если сами знаем, что конечная цель энтропии как физического явления - равномерное распределение теплоты по всему рассматриваемому объёму. Разве равномерность обязательно надо сравнивать с максимум хаоса?

И если вдаваться в подобные сравнения, то в качестве примера возьмём случай, когда мы плохо смешиваем некую краску с иным колером. А далее, желая иметь равномерно покрашенную стену или кукую-либо вещь, мы получим хаотическое проявление не полностью размешенного колера, как по месту его возникновения, так и по тональности его проявления. И это будет действительно непредсказуемый результат. А если конечный результат процесса предсказуем, и вычисляется с достаточной точностью, то на основе чего работу сил, которые управляют этим процессом, мы должны относить к их хаотическому проявлению? Теперь, вспомнив, что все движения материальных тел в природе определяются действием на них конкретных сил от конкретных объектов, перейдём к попытке анализа ситуации чисто в физическом смысле. Математическое описание энтропии не раскрывает механизм её реализации в физическом виде. Но если результат работы этого механизма, как указывалось выше, предсказуем, то эта постоянная предсказуемость должна обеспечиваться работой конкретных сил. И сваливать здесь всё на хаос - показывать, что этому процессу в действительности нет объяснений. А если нет объяснений, то встаёт ряд вопросов о причине их отсутствия. И здесь два варианта для дальнейшего анализа сложившейся ситуации.

Или, имея верные исходные данные, учёные пока не могут из них сложить внятное объяснение, или они опираются на данные, которые не соответствуют действительности. В первом случае, всё ещё впереди. Только этот поиск сильно затянулся. Если вообще кто-либо ещё занимается поиском физических, а по сути, философских, но достаточно внятных объяснений того, как именно осуществляется процесс равномерного распределения тепловой энергии в замкнутой системе. А потому, скорее всего, этот вариант бесперспективен.

Второй вариант предполагает изменение того, на что современная физика опирается в поиске нужных объяснений. А они действительно нужны, так как не секрет, что в физическом смысле у энтропии понимания нет.

Анализируем ситуацию. Процесс хаотического движения молекул газа и жидкостей, а также иных частиц в них зарегистрирован воочию. Отрицать наличие хаоса в природе прохождения различных процессов бессмысленно. Но, тогда следует поднять вопрос о степени его участия в реализации конечной цели. Ведь если всё настроено именно на равномерное распределение, то это и есть цель, которую ставит себе сама природа и которая неукоснительно ею выполняется. Следовательно, есть отлаженный механизм для реализации этой цели. Естественно, что в работе этого механизма могут и должны участвовать конкретные силы между конкретными молекулами, посредством которых и происходит перераспределение теплоты и самих молекул в рассматриваемой среде. Поскольку мы рассматриваем подвижные среды, где молекулы могут менять своё место положения, т.е. менять своё соседство, то эту особенность следует ввести в исходные данные.

А далее произведём мысленный эксперимент, который в принципе легко осуществить и в действительности. Допустим, есть некая площадь сложной геометрической формы. В каком-либо месте этой площади плотно размещено достаточно много людей. После этого им отдаётся одно единственное указание – отойти всем друг от друга на расстояние вытянутых рук так, чтобы они равномерно заполнили всю площадь. В этом случае, наблюдая за кем-нибудь одним, можно будет увидеть, что его перемещения будут со стороны выглядеть хаотичными. Усложним этот эксперимент, собрав необходимое количество мужчин и женщин. Озвучив условие, что между каждыми двумя женщинами должен стоять мужчина и наоборот, увидим, что хаотические движения в этом случае будут проявляться гораздо ярче. Но в конце всё придёт в норму и равномерность в распределении будет соблюдена.

Хаотичное движение в обычном понимании этого термина означает бесконтрольное движение всех его составляющих. В наших примерах хаотическое движение будет являться механизмом равномерного распределения. Нюанс в том, что в представленных примерах люди свои перемещения делают сознательно, т.е. выбирают своё место положения пользуясь разумом. Но, у молекул же нет разума! Значит, во взаимоотношениях между ними должен действовать иной принцип, заставляющих их в своём соседстве перемещаться именно так, а не иначе. Для понимания того, как это может происходить, рассмотрим следующие условия эксперимента с людьми, но как бы исключим из действия разум. Равномерно распределив по площади людей, выставим рядом с площадью ящик с большим количеством неких шариков. Пусть шариков будет в три раза больше, чем людей на площади. Указание будет простое – у каждых двух соседних людей должно быть одинаковое количество шариков.

То есть, тот у которого больше шариков передаёт соседнему столько, чтобы у них стало шариков равное количество. Если шариков нечётное количество, то лишний остаётся у того, кто делится. Ближние к ящику люди берут из него шарики - сколько могут взять в руки.

То, как этот принцип может работать между молекулами, представим позже. А пока проанализируем возможные пути перераспределения шариков. Ясно, что первоначально с этим принципом шарики от ящика будут как бы растекаться по всей площади. В этот период хаотичность в перемещениях отдельных шариков будет присутствовать, но в их массе будет просматриваться веерное распространение. Затем, когда у каждого будет хоть один шарик, хаотичность в их перемещениях увеличится. Если следить за перемещением некого одного, то путь его движения будет сильно напоминать траектории, которые приводятся в учебниках, которые на практике зафиксированы микроскопом и которые современная физика относит к постоянному хаотическому движению молекул в жидкостях и газах. Более того, можно предположить, что некоторые шарики, в процессе распространения по площади, могут зигзагообразно и не единожды пересекать собственный путь, дойти до противоположной стороны площади и вернуться ближе к месту, где стоит ящик.

Теперь отойдём от экспериментов с людьми и задумаемся над тем, что в тепловом хаотическом движении могут делить между собой молекулы? Современная физика преподносит теплоту, как кинетическую энергию частиц микромира (атомов, молекул и т.д.). В этом случае, делению подлежит энергия движения. Как это возможно? Ответа на этот вопрос у меня нет. Точнее мой ответ на сей вопрос отрицательный. Практика, например, игра в бильярд, чётко показывает, что постоянного равного деления кинетической энергии между сталкивающимися шарами не происходит. Точнее, только в редких случаях и при боковом ударе шары могут разлететься в разные стороны с одной скоростью. Именно поэтому согласно молекулярно-кинетической теории (МКТ) молекулы газа даже в условиях равновесности перемещаются в пространстве с весьма большой разницей в скорости между последующими столкновениями.

Считается, что после каждого столкновения атомы и молекулы газа могут как остановиться, т.е. иметь нулевую скорость, так и продолжать движение со скоростью превышающей теоретическую среднестатистическую. Это обстоятельство никак не способствует в приобретении атомами и молекулами постоянно равных скоростей, т.е. того, что энтропией определяется как максимум хаоса. Следовательно, чтобы объяснить природу энтропии, деление теплоты именно как кинетической энергии не подходит.

А далее возникает вопрос. А что тогда подходит, если опыты доказывают, что теплота среды и есть кинетическая энергия его составляющих?

А здесь мы подходим к самому интересному и неожиданному. Во-первых, не опыты доказывают, а их ясная трактовка, т.е. внятное объяснение согласно теории. Во-вторых – о каких опытах речь? Об опытах Румфорда, Гемфри Деви, Джоуля и т.д.? Да, их результаты внесли в список практических доказательств верности МКТ. А кто из читателей данной статьи где–либо видел объяснение этих опытов именно с позиций МКТ?

В опыте Румфорда при сверлении металла он сильно нагревался. А чем современная физика на микроуровне описывает температурное изменение твёрдых тел и в частности металла? Изменением скорости и амплитуды колебаний атомов, скорости перемещения электронов и т.п. Ну и кто видел объяснение того, как относительно медленная скорость сверла не только повышает скорость атомов металла, с которым оно контактирует, а и увеличивает амплитуду их колебаний? В учебниках об этом ни слова. Более того, если обратить внимание на то, как трактуют результаты указанных опытов, то обнаруживается, что и трактовки их по МКТ нет как таковой. Просто одним или двумя предложениями записывается в виде утверждения, т. е. как констатирующий факт то, что опыт показывает, что теплота есть кинетическая энергия атомов и молекул. Другими словами, за доказательство выдаётся сама фраза, в которой указывается, что

этот опыт и есть доказательство.

Иногда пишут (например здесь: http://metropolys.ru/artic/18/01/k-0095-04422.html), что «для торжества кинетической точки зрения важно было установить механический эквивалент теплоты. Строго количественное соотношение для случая превращения механической работы в теплоту было впервые определено немецким врачом Робертом Майером». Интересно, на каком основании считается, что полученное количественное соотношение невозможное явление, если теплота материальна? И это при том, что, как показано выше, детально по МКТ эти опыты в принципе не рассматриваются.

Подытоживая выше сказанное, следует сделать вывод, что доказательства верности МКТ отсутствуют. Скорее наоборот, представлены факторы, которые указывают на несоответствие МКТ здравому смыслу.

Хаос и видимость хаоса – две разные вещи! Не следует одно из них подменять другим, а по анализу движения одной частицы некорректно судить о том, что происходит в массе. Природа не так глупа, тем более, если у неё есть Создатель, чтобы закладывать в основу всех физических процессов 100%-й хаос. А если хаос детерминированный, т.е. может использоваться как инструмент, то следует иметь адекватные версии о том, что им управляет.

И теперь мы подошли к тому, что и как может происходить в процессе, который описывается энтропией. Если теплоту рассматривать как нечто материальное, то механизм её равномерного распределения через равное деление между соседними молекулами просматривается относительно легко.

По ссылке: http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/13487.html размещена работа - «Тепловая энергия. Что о ней ложь и где правда?». В разделах «Теплопроводность, теплоёмкость и температура вещества» и «Теплопередача по ТТЭ» весьма детально представлен механизм, который управляет делением тепловой энергии между двумя конкретными частицами, атомами и т.д. А значит в конечном итоге и процессом, который описывается энтропией. Естественно, перед этим следует (чуть выше) ознакомиться со схемными представлениями частиц и атомов.