Основные принципы статистической механики - Гиббс Дж.В.
Скачать (прямая ссылка):
Когда число частиц в системе должно быть рассматриваемо как переменное, средний показатель вероятности для фаз рода соответствует энтропии.
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРЕВОДУ
Монография американского физика-теоретика Джосайи Вилларда Гиббса (J. Willard Gibbs) «Основные принципы статистической механики» давно уже стала классической книгой. Первое се издание, ныне ставшее библиографической редкостью, было опубликовано в 1902 г. В 1905 г., уже после смерти ее автора, вышел ее немецкий перевод в обработке Е. Zermelo*). Первое американское издание было перепечатано лишь в 1928 г. во втором томе полного собрания сочинений Гиббса**). Это издание было повторено в 1934 г. и с этого издания и сделан предлагаемый перевод.
Монография Гиббса имела огромное значение для развития теоретической физики, в частности, для развития термодинамических представлений и их приложения к самым разнообразным явлениям. Поэтому знакомство с ней необходимо для каждого физика-теоретика. Однако ее значение выходит далеко ва пределы собственно теоретической физики и потому она интересна и не только для физиков-теоретиков.
В своей монографии Гиббс делает значительный шаг вперед в развитии идей статистической физики, зародившейся в работах Клаузиуса, Больцмана и Максвелла, превращая ее в последовательную физическую концепцию.
Гиббс исследует вопрос о соотношении между механическими и термодинамическими концепциями и разрабатывает общий, мощный метод, позволяющий, по меньшей мере принципиально, исследовать все важнейшие задачи данного цикла.
Напомним, что статистическая физика является в сущности последовательным проведением атомистических представлений при анализе различных физических явлений. Работы ее основателей стремятся, как указывает Гиббс, объяснить законы термодинамики, исходя из механических представлений.
*) Elements re Grundlagen der statistischen Mechanik entwickolt bcson-ders im Hinblick auf eine ralionelle Begrundung der Thermodynamik von J. Willard Gibbs. Deulsch bearbeitet von E. Zermelo,Leipzig, A. Barth, 1905.
**) The collected Works of J. Willard Gibbs Ph.D. LLD.in two volumes, Longmans, Green and Co., New York, 1931.
8
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРЕВОДУ
Гиббс обобщает эту задачу и дает метод исследования, основанный на атомистических представлениях, пригодный не только для исследования термодинамических явлений, но позволяющий рассмотреть связь различных физических макроскопических свойств со свойствами индивидуальных, атомных процессов, которые, в соответствии с руководящими идеями его времени, описываются по законам классической механики.
Историческое значение книги Гиббса—прежде всего в этом огромном расширении области правомерности атомистических представлений.
Атомистические представления в сочетании с термодинамическими и приводят к формулировке так называемых статистических задач.
Таким образом, метод Гиббса рассматривает макроскопические свойства тела как свойства ансамбля, состоящего из колоссального числа отдельных атомных объектов, поведение которых полностью описывается законами классической механики. Гиббс выясняет,какие свойства будет иметь такой ансамбль. При этом Гиббс выяснил громадную роль понятия вероятности в этих проблемах теории строения вещества и показал, что оно позволяет осуществить очень глубокий анализ макроскопических, в частности, термодинамических свойств. Он показал связь этих свойств со средними статистическими свойствами ансамблей из атомных объектов.
Однако, при этом нет речи о формальном сведении макроскопических свойств целиком на механические свойства атомов и молекул. Известно, что термодинамические понятия не являются чисто механическими понятиями. Более того, например, макроскопическое понятие температуры, использованное в качестве характеристики данного тела, исключает собою детальное описание механического поведения атомов и молекул, из которых состоит это тело. Трактовка свойств тела как чисто механической системы несовместима с определением температуры в качестве свойства этого тела.
Понятие вероятности, как это может усмотреть внимательный читатель Гиббса, как раз оказывается связанным с существованием этих двух различных аспектов одних и тех же явлений. Особенный интерес имеют замечания Гиббса о большей реальности ансамбля в сравнении с чисто механической концепцией отдельной системы. (Заметим в связи с этим, что исследование Гиббса имело большое значение в выявлении роли понятия флюктуации при исследовании молекулярных явлений.)
Громадное значение в этом цикле идей имеет основная идея Больцмана—интерпретировать энтропию в смысле вероятности состояния ансамбля.
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРЕВОДУ
9
Напомним еще, что из общих проблем, возникающих в этом круге представлений, огромную известность получила задача Больцмана, т. е. противоречие, имеющееся между термодинамической необратимостью («закон возрастания энтропии») и полной обратимостью во времени всех чисто механических процессов («обратимость законов движения»). Эта проблема (правильная постановка которой достигается уже и у Гиббса введением понятия вероятности и рассмотрением соотношения двух упомянутых аспектов) и в наши дни ‘является предметом многих работ. Отметим, в частности, недавнее исследование (1939 г.) Вейцзекера и фундаментальные работы Биркгофа и Нейманна (1930 и 1931 гг.).
