Информационный Завет. Основы. Футурологическое исследование - страница 19

Через девять лет после «демона Максвелла» мир побеспокоил «демон Лошмидта». Случилось это при следующих обстоятельствах.

Выдающийся учёный, профессор математики Людвиг Больцман (Ludwig Boltzmann) в 1872 году опубликовал свою знаменитую H-теорему. Её суть сводилась к тому, что в любой замкнутой системе со временем энтропия (неупорядоченность) возрастает и достигает максимума в состоянии равновесия. Строго говоря, теорема относилась к термодинамическим системам, т.е. описывала поведение материи и энергии на макро-уровне (например, объём любого газа или жидкости). Взаимодействие между элементами системы на микро-уровне (между атомами и молекулами газа или жидкости) не учитывалось. Это допущение было обозначено как гипотеза молекулярного хаоса^>2. Такое же предположение сделал Максвелл, когда придумывал своего демона.

Больцман обоснованно полагал, что вероятность того, что термодинамическая система будет вести себя так, как будто в неё вселился демон Максвелла, крайне мала. Поэтому его H-теорема вполне могла претендовать на некий универсальный закон Природы – закон возрастания энтропии^>3. Позже была предложена формула для этого закона:

S = k × logP

(здесь S – энтропия системы, k – постоянная Больцмана, P – вероятность термодинамического состояния системы).

Публикация вызвала бурные споры в научном сообществе. Физик Иоганн Лошмидт (Johann Loschmidt) в 1876 году заметил: что же получается – на макро-уровне одни законы Природы, а на микро-уровне – другие? Пренебрегать взаимодействием между частицами системы нельзя! Процессы движения материи и энергии должны быть одинаковы на любом уровне наблюдения, и, что ещё важнее, они должны быть обратимыми^>23.

В термодинамической системе, описанной Больцманом, молекулы, сталкиваясь и передавая друг другу энергию, могут это делать так, что их неупорядоченность будет убывать. Т.е. вместо того, чтобы равномерно распределиться в полном беспорядке, они возьмут и выстроятся, например, в форме конуса. Почему? Потому что могут. Потому что существует, опять-таки ничтожно малая вероятность такого развития событий. И тогда «универсальный» закон возрастания энтропии будет нарушен. Гипотетическое существо, которое могло бы учинить сие безобразие, назвали «демоном Лошмидта».

Парадоксы множились, а удовлетворительного их объяснения не находилось. Больцман попросту отмахнулся от критики. Ему приходилось отражать атаки и на других научных фронтах.

Великий французский математик Жюль Анри Пуанкаре (Jules Henri Poincare) в 1890 году сформулировал теорему о возвращении. Одним из её следствий был вывод о том, что в закрытой системе через очень большой промежуток времени молекулы газа, находившиеся вначале в упорядоченном состоянии, а потом (согласно Второму началу термодинамики) – в хаотическом состоянии, в итоге снова выстроятся в упорядоченную структуру.

Другой великий математик Эрнст Цермело (Ernst Zermelo), опираясь на эту теорему, предположил, что энтропия в замкнутой системе подчинена периодическому закону^>33. В таком случае Второе начало термодинамики – универсальное правило для всего и вся, в т.ч. и для Вселенной. Получалось, что Клаузиус был прав: нас всех неминуемо ждёт глобальная «тепловая смерть».

Людвигу Больцману крайне не нравилась идея монотонного дрейфа к всеобщему термодинамическому армагеддону. Но, с другой стороны, сам он был автором «универсального» закона возрастания энтропии. «Демон Лошмидта», безусловно, тревожил его.