質問:
熱力学の第二法則についてのボルツマン-ゼルメロの議論はどうなりましたか?
Conifold
2014-11-22 03:54:00 UTC
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19世紀の終わりに、熱力学の第二法則の性質と、ハミルトニアン力学との関係について活発な議論が行われました。ボルツマンは、第2法則が本質的に統計的であり、「順序付けられた」状態の可能性が低く、エントロピーが減少する可能性が「非常に低い」という立場を開発しました。確認として、彼はH定理を提示しました。これは、ほぼ理想気体の粒子でエントロピーが増加するという主張です。

しかし、最初のロシュミットは、ボルツマンのH-の「証明」に反対しました。定理には衝突による相関関係の無視にギャップがあり、1896年にゼルメロは上記のすべてに異議を唱えました。彼は、ハミルトン力学の統計方程式(Liouville方程式)は、個々の粒子の方程式と同じように時間可逆的であり、したがって確率の方程式もそうであると指摘しました。したがって、エントロピーが減少または増加する可能性は「低く」なく、一定に保つ必要があります(粒子数が多い場合は有限による偏差、いわゆる熱ゆらぎまで)。実例として、ゼルメロはポアンカレの再発定理を提起しました。これは、システムのすべての状態がその進化の中でほぼ無限に何度も繰り返されることを示しています。彼は、第2法則はハミルトニアン力学と数学的に矛盾しており、確率論の量でそれを修正することはできないと結論付けました。ポアンカレは以前(1889年)に同じ意見を表明しました。

同時代の人々がボルツマンが討論に勝ったと思ったのは興味深いことですが、ボルツマンは隅に戻って「自分への信頼を失った」と感じました(ポッパーの果てしない探求による)。彼の反応は、私たちの近くが宇宙の巨大な吸虫であるという変動仮説でした。 Zermeloは次に、第2法則が「自然法則」ではなく初期状態の選択規則である可能性があることを示唆しましたが、そのような修正は「力学の精神」と矛盾し、「誰もが長く満足する」ことはないとコメントしました。それにもかかわらず、ウィキペディアによると、「この分野での多くの努力は、これが第二法則の起源と見なされているため、宇宙の初期の初期条件が低エントロピーの条件であった理由を理解しようとしています」。初期状態の選択がエントロピーが一定に保たれる問題をどのように解決するかはわかりません。1896年の直後、物理学者の注意は相対性理論と量子力学に移り、第2法則は見えなくなりました。

この議論は後で他の人に取り上げられましたか?もしそうなら、誰がどのような立場と方法を提唱しましたか?現代の観点から真実に近かったのは、ゼルメロとボルツマンのどちらですか?

編集:エーレンフェストとマークカッツのアイデアの現代的な解説です。アレクサンドルの答えで言及されました。不足している成分は、議論の直接のフォローアップで1902年にギブスによって導入された粗視化(巨視的平均化)であったことが判明しました。時間可逆顕微鏡システムは、ボルツマンの精神に基づいて、粗視化されたエントロピーが天文学的に長期間成長するように見える進化を遂げています。もちろん、それらには逆のことが起こる進化もあります。前者のみを観察し、後者は観察しないため、Zermeloによって提案された初期状態の選択があります。

どちらも半分正しかったようですが、位置を調整する粗視化のアイデアが欠けていました。選択の性質は明らかにまだ不明であり、「宇宙の初期」にある低エントロピーに起因し、「現場で多くの努力」を引き付けます。詳細はこちらを参照してください。

二 答え:
Alexandre Eremenko
2014-11-22 08:02:59 UTC
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ボルツマンは真実に近かった。この質問の現代的な状態について、私は古典をお勧めします:

エーレンフェスト、ポール; Ehrenfest、Tatiana力学における統計的アプローチの概念的基礎。 Michael J.Moravcsikによるドイツ語からの翻訳。 M.KacとG.E.Uhlenbeckによる序文付き。 1959年の英語版の復刻版。 Dover Publications、Inc。、ニューヨーク、1990年。

そして、この主題に関するMark Kacの優れた論文、それらの1つのコレクションは、物理科学の確率と関連トピックです。 G. E. Uhlenbeck、A。R。Hibbs、B。vanderPolによる特別講演付き。応用数学の講義。夏のセミナーの議事録、コロラド州ボールダー、1957年、Vol。 I Interscience Publishers、London-New York1959。

このディスカッションに関する人気のある(そして無料で入手できる)記事は次のとおりです。 http://ergodic.ugr.es/statphys_grado/bibliografia/zermelo_boltzmann。 pdf

主題はここで説明するには技術的すぎるように思われるので、私は文学だけをお勧めします。確率が熱力学の第二法則を説明できるというのは一般的な合意のようです。

しかし、この分野ではまだやるべきことがたくさんあります。現代の数学では、これは「エルゴード理論」と呼ばれ、具体的な物理システムが実際にエルゴードであることを証明することは、難しい数学の問題です。

エントロピーの増加を誘発する初期状態のみが「より可能性が高い」ために発生するという説明は、私には奇妙に思えます。それらは、観察者によって導入された巨視的な意味でのみ「より可能性が高い」ものです。宇宙論者は選択をビッグバンまでさかのぼって追跡しているようであり、どういうわけか私たちが今日観察しているすべてのものにフィルターをかけているようです。
@Conifold:これは歴史サイトであり、物理サイトではありません:-)したがって、ここではエントロピーが増加する理由については説明しません。しかし、私はKacの本を強くお勧めします。これは私がこの問題を理解するために使用したものです。
Pentcho Valev
2014-11-23 02:04:52 UTC
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モデルとして「ほぼ理想気体」を選択することにより、ボルツマンは実際に熱力学を殺しました-2番目の法則違反は構造化システムでのみ発生する可能性があります。熱力学は長い間死んでいます-今日、第2種の永久機関が一流のジャーナルに発表されていますが、科学界からの反応はまったくありません:

http://www.researchgate.net /publication/258157913_Electricity_Generated_from_Ambient_Heat_across_a_Silicon_Surface/file/3deec5272604889353.pdfシリコン表面全体の周囲熱から生成された電気、Guoan Tai、Zihan Xu、およびJinsong Liu、Appl。物理学レット。 103、163902(2013):「室温で2次元(2D)シリコン(Si)表面を横切るイオンの無限の熱運動からの発電を報告します。(...)...無限の周囲熱。分子、粒子、およびイオン源からの熱エネルギーの形で普遍的に存在し、電気を生成することはまだ報告されていません。(...)この研究は、周囲温度からエネルギーを収集するための自己充電技術の開発への洞察を提供します、および出力は、ZnOナノジェネレーター、カーボンナノチューブ薄膜およびグラフェン全体での液体およびガスの流れによる発電など、いくつかの環境エネルギー収集技術に匹敵しますが、これは熱力学の第2法則への挑戦のままです... "

http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10701-014-9781-5 熱力学的パラドックスの実験的テスト、DP Sheehan et al、Foundations of Physics、2014年3月、第44巻、第3号、235〜247ページ:「...ベーン面の間に恒久的な圧力と温度の差が生じ、どちらも可能です。ここでは、熱力学の第二法則と明らかに矛盾して、作業を実行するために利用されます。ここでは、ブラックボディの下の高温耐火性金属(タングステンとレニウム)上の低圧水素ガスの解離を含む、このパラドックスの最初の実験的実現について報告します。空洞の状態。他の実験室での研究によって裏付けられ、理論によって裏付けられた結果は、逆説的な温度差を確認し、第2法則の従来の理解を超えた物理学を示しています。」

おっと、おっ、おっ。熱力学は死んでいない*、そして永久運動は絶対に不可能です。これらの結果のいずれかが他の独立したグループによってテストされましたか?
「他の独立したグループによるテスト」は言うまでもなく、彼らは気づかれていません。
などの他のグループ。 。 。 ?


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