Динамические и статистические закономерности. Проблема необратимости реальных процессов в природе

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«РОССИЙСКАЯ ТАМОЖЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

Владивостокский филиал

Кафедра Информатики и информационных таможенных технологий

ПЛАН-КОНСПЕКТ ЛЕКЦИИ

на тему: Динамические и статистические закономерности.

Необратимости процессов в природе. Энтропии как меры упорядоченности системы. Тепловая смерть Вселенной.

Дисциплина: Концепции современного естествознания

Автор:

Владивосток

2011

Тема: Проблема необратимости реальных процессов в природе.

Энтропии как меры упорядоченности системы. Динамические и статистические закономерности в природе. Две основные формы описания закономерных связей. Вероятностный характер, физических законов. Отказ от лапласовского детерминизма.

Цель занятия: Изучитьвероятностный характер процессов вероятностный характер процессов в живой и неживой природе. Объяснить объективный характер и взаимосвязь динамических и статистических закономерностей в природе.

Литература по теме:

а) основная

1.  Лавриненко В.Н. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов / Под ред. проф. В.Н. Лавриненко, проф. В.П. Ратникова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009. – 319 с.

2.  Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. / 8-е изд., испр. и доп . – M. : Академический проект, 2004.– 632 с.

б) дополнительная

1.  .

Учебные вопросы

1.  «Стрела времени» и проблема необратимости в естествознании.

Одной из основных проблем в классической физике долгое время оставалась проблема необратимости реальных процессов в природе.

Если снять кинофильм о движении одной частицы в некотором замкнутом объеме и показать этот фильм, прокручивая пленку в обратном направлении, то ничего «неправдоподобного» в поведении частицы не обнаружится. Более того, фактически невозможно будет даже определить, в какую сторону прокручивается пленка.

Практически ничего не изменится и в ситуациях, когда речь будет идти о движении двух, трех и вообще любого небольшого числа независимых частиц.

Однако, когда частиц становится достаточно много, в их совместном поведении проявляется новая закономерность.

Поведение, когда отдельные состояния системы могут появляться только в определенной последовательности, называется необратимостью.

Почти все реальные процессы в природы являются необратимыми: это и затухание маятника, эволюция звезд и человеческая жизнь.

Необратимость процессов в природе как бы задает направление на оси времени от «прошлого» к «будущему». Это свойство времени английский физик и астроном А. Эддингтон образно назвал «стрелой времени».

Первоначально с проблемой необратимости столкнулись в области термодинамики, которая занимается тепловыми явлениями в природе.

Вплоть до начала XVIII века считалось, что эти явления обусловлены наличием в телах определенной «жидкости» теплорода.

Гипотеза теплорода, хорошо объясняла процессы нагревания тел, их теплового расширения, теплообмен, и многие другие явления, она «не помешала» заложить основы термодинамики и создать теорию тепловых машин.

Карно первым обратил внимание на необратимость тепловых процессов, которая, в частности, проявляется в том, что тепло не может самопроизвольно перетекать от холодного тела к горячему.

После отказа от гипотезы теплорода и перехода к молекулярно-кинетической модели тепловых явлений возникла надежда свести теплоту к механике.

Для этого надо было записать уравнения движения (m a = F) и задать начальные состояния каждой молекулы нагретого тела (например, газа). Однако, ни решить такую большую систему уравнений, ни, самое главное, проанализировать полученное решение, даже если бы его и удалось получить, невозможно.

А значит и природа необратимого поведения при механическом подходе к этой проблеме не раскрывается.

2.  Возникновение статистической механики..

Дж. Максвелл понял, что задачу о динамике поведения систем, состоящих из очень большого числа частиц, нужно решать по-другому. В 1859 г. ввел в физику понятие вероятности, используемое математиками при анализе случайных явлений.

Он отказался, от неразрешимой задачи определения точного значения