阿什定理。科学发现的历史和本质

阿什定理。科学发现的历史和本质

最重要的科学发现

路德维希·玻尔兹曼毫无疑问，“灰烬定理”的作者是奥地利送给世界的最伟大的科学家和思想家。即使在他的一生中，玻尔兹曼尽管在科学界处于被抛弃的地位，却被公认为伟大的科学家，他被邀请到许多国家讲学。然而，即使在今天，他的一些想法仍然是个谜。玻尔兹曼自己写道：“充满我思想和活动的想法是理论的发展。” Max Laue 后来对这个想法进行了如下澄清：“他的理想是将所有物理理论结合在一个世界的单一画面中。”

路德维希·爱德华·玻尔兹曼 20 年 1844 月 XNUMX 日出生于维也纳。

路德维希学习成绩优异，母亲鼓励他的多元化兴趣，给予他全面的教育。 1863年，玻尔兹曼进入维也纳大学学习数学和物理。

麦克斯韦电动力学是理论物理学的最新成果。毫不奇怪，路德维希的第一篇文章也致力于电动力学。然而，在他 1866 年发表在“论热力学第二定律的机械意义”一文中的第二部著作中，他表明温度对应于气体分子的平均动能，确定了玻尔兹曼的科学兴趣。

1866 年秋，在获得博士学位前两个月，玻尔兹曼被物理研究所录取为助理教授。 1868年，玻尔兹曼被授予在大学讲学的权利，一年后他成为格拉茨大学数学物理学的普通教授。在此期间，他除了发展自己的理论思想外，还从事介电常数与折射率关系的实验研究，以期得到麦克斯韦电动力学和光学的统一理论的证实。为了他的实验，他两次从大学短暂休假到海德堡的 Bunsen 和 Königsberger 的实验室工作。亥姆霍兹和柏林的基尔霍夫。这些研究的结果发表于 1873-1874 年。

玻尔兹曼还积极参与了格拉茨新物理实验室的规划，并于 1876 年成为该实验室的主任。

早在 1871 年，玻尔兹曼就指出，热力学第二定律只能从经典力学中用概率论推导出来。 1877 年，玻尔兹曼关于熵与热力学状态概率之间关系的著名文章发表在《维也纳物理学通讯》上。科学家表明，热力学状态的熵与该状态的概率成正比，并且可以根据与这些状态相对应的分子分布的数值特征之间的比率来计算状态的概率。

根据玻尔兹曼的说法，自然界中的不可逆过程是从不太可能的状态过渡到更可能的状态的过程。可逆转变是不可能的，但不太可能。因此，熵还必须与系统给定状态的概率有关。这种联系是由玻尔兹曼在他所谓的 H 定理中建立的。

“灰定理”成为玻尔兹曼宇宙学说的巅峰之作。这个开端的公式后来被作为墓志铭刻在他坟墓上方的纪念碑上。这个公式在本质上与自然选择定律非常相似。查尔斯·达尔文. 只有玻尔兹曼的“灰定理”显示了宇宙本身的“生命”是如何诞生和发展的。

“正如微分方程仅代表一种数学计算方法及其真正含义，”玻尔兹曼写道，“只能借助基于大量有限元素的表示以及一般热力学来理解，并且不减损其重要性，永远不可动摇，机械表示的发展，使其可视化，有助于加深我们对自然的认识，不是尽管，而是因为它们在所有方面都与一般热力学不一致，它们开辟新观点的可能性。这些新观点是系统从一种状态到另一种状态的转变遵循概率论定律。

P.S. Kudryavtsev 在他的书中写道：“将概率论引入到机械系统的考虑中（并且玻尔兹曼理论中的物体粒子服从力学定律），”似乎是一个矛盾。力学处理的动态模式似乎如此确定拉普拉斯相信如果头脑能够获得在给定时刻宇宙所有粒子的位置以及它们之间作用的力的知识，那么，如果它有能力以数学方式处理这些数据，它就能够预测确定宇宙的未来，并看到它的过去。动力学理论中的力学定律如何导致统计？玻尔兹曼回答了这个问题：统计的原因在于力学本身，在于初始条件。气体分子碰撞的容器壁的可忽略不计的粗糙度足以将混乱引入原始秩序，如果它发生的话。两个分子碰撞中的守恒定律为碰撞后的速度方向留下了充分的空间。所有这一切都导致了这样一个事实，正是由于分子的机械相互作用，它们的有序运动变得不可能，而最有可能是混乱的。

这一思路的发展使玻尔兹曼对热力学第二定律提出了新的观点。玻尔兹曼将这一定律表述如下：“当一个任意的物体系统不受其他物体的作用时，那么每次状态变化发生的方向总是可以被指示的。” 这个方向可以用某种状态函数——熵的变化来表征，它随着系统状态的变化而变化，朝着增加的方向变化。因此得出结论“每个封闭的物体系统都趋向于某种最终状态，在该状态下熵将最大！”

如何使这个方向与力学方程的可逆性相协调？大自然真的正在无情地接近它的自然终点——“热寂”吗？

玻尔兹曼是第一个对第二定律进行统计解释并揭示其概率性质的人。力学方程的可逆性与封闭机械系统中过程的不可逆性之间不存在矛盾。想象一个装满半白半黑球的鼓，一个在另一个上面。如果使滚筒旋转，则由于机械定律，球将混合，最后，白色和黑色球将均匀混合，在整个体积中产生相同的“杂色”。球的集合已从不太可能的状态转移到更可能的状态。

德国物理学家克劳修斯从热力学第二定律中得出关于热死必然性的结论。这些思想不仅被许多物理学家采用，而且主要被哲学家采用，他们接受了强有力的、看似不可否认的论据，支持关于世界开始和终结的唯心主义概念，包括支持经验批判主义、E. Mach 和W. Ostwald 的“充满活力”的教义。

不屈不挠的路德维希·玻尔兹曼用他的“灰烬定理”宣称：“热死是虚张声势。看不到世界末日。宇宙已经存在并将永远存在，因为它不是由我们的“感官表征、正如经验批评家所认为的那样，而不是像奥斯特瓦尔德主义者所认为的那样是各种能量，而是来自原子和分子，并且热力学第二定律必须应用于与某些“以太”，精神或高能物质相关的领域，而应用于特定的原子和分子。”

围绕路德维希·玻尔兹曼的“灰定理”，讨论的激烈程度不亚于热死。 “灰分定理”和在此基础上提出的涨落假说被仔细剖析，不出所料，他们发现了玻尔兹曼这样一位伟大科学家的巨大缺陷，似乎是不可原谅的。

事实证明，如果我们接受玻尔兹曼假设为真，那么我们就必须相信这样一个不符合任何常识框架的可怕假设：迟早，或者更确切地说，现在，在宇宙的某个地方，一定会有过程与第二定律方向相反，即热量必须从较冷的物体转移到较热的物体！那是不是很荒谬。

玻尔兹曼为这种“荒谬”辩护，他深信宇宙的这种发展过程是最自然的，因为它是其原子结构的必然结果。

如果“阿什定理”是由其他科学家提出的，它不太可能获得如此盛名。但它是由玻尔兹曼提出的，他不仅能够看到幕后隐藏的世界，而且知道如何以拥有物理学和哲学基础知识的天才的全部热情来捍卫它。

唯物主义物理学家和马赫主义者之间戏剧性事件的高潮显然必须被认为是 1895 年在吕贝克举行的自然科学家大会，路德维希·玻尔兹曼在那里与他的朋友敌人展开了一场激战。他赢了，但结果是，大会结束后，他感到周围更加空虚。 1896 年，玻尔兹曼写了一篇文章“论物理科学中原子论的必然性”，他在数学上对奥斯特瓦尔德的能量主义提出了反对意见。

直到 1910 年，原子论的存在一直受到威胁。玻尔兹曼孤军奋战，生怕被人遗忘。最终，玻尔兹曼无法承受巨大的压力，陷入深深的抑郁之中，于 5 年 1906 月 XNUMX 日自杀。

非常遗憾的是，他没有活着看到原子论的复活，死了还以为大家都忘记了动力学理论。然而，玻尔兹曼的许多想法已经在超显微镜、多普勒效应、燃气涡轮发动机和原子核能量释放等惊人发现中找到了解决方案。而这些都只是世界原子结构的个别后果。

作者：萨明 D.K.

我们推荐有趣的文章 部分最重要的科学发现:

▪ 电动力学

▪ 激光

▪ 栽培植物起源的地理中心

查看其他文章 部分最重要的科学发现.

读和写 有帮助对这篇文章的评论.

<< 返回

科技、新电子最新动态：

花园疏花机 02.05.2024

在现代农业中，技术进步的目的是提高植物护理过程的效率。创新的 Florix 疏花机在意大利推出，旨在优化采收阶段。该工具配备了移动臂，可以轻松适应花园的需求。操作员可以通过使用操纵杆从拖拉机驾驶室控制细线来调节细线的速度。这种方法显着提高了疏花过程的效率，提供了根据花园的具体条件以及花园中生长的水果的品种和类型进行个性化调整的可能性。经过两年对 Florix 机器在各种水果上的测试，结果非常令人鼓舞。 Filiberto Montanari 等农民使用 Florix 机器多年，他们表示疏花所需的时间和劳动力显着减少。 ... >>

先进的红外显微镜 02.05.2024

显微镜在科学研究中发挥着重要作用，使科学家能够深入研究肉眼看不见的结构和过程。然而，各种显微镜方法都有其局限性，其中之一是使用红外范围时分辨率的限制。但日本东京大学研究人员的最新成果为研究微观世界开辟了新的前景。东京大学的科学家推出了一种新型显微镜，它将彻底改变红外显微镜的功能。这种先进的仪器可以让您在纳米尺度上以惊人的清晰度观察活细菌的内部结构。通常，中红外显微镜受到分辨率低的限制，但日本研究人员的最新进展克服了这些限制。据科学家称，所开发的显微镜可以创建分辨率高达120纳米的图像，比传统显微镜的分辨率高30倍。 ... >>

昆虫空气捕捉器 01.05.2024

农业是经济的关键部门之一，害虫防治是这一过程中不可或缺的一部分。来自西姆拉印度农业研究委员会中央马铃薯研究所 (ICAR-CPRI) 的科学家团队针对这一问题提出了一种创新解决方案——风力昆虫空气捕捉器。该设备通过提供实时昆虫种群数据来解决传统害虫防治方法的缺点。该捕集器完全由风能提供动力，使其成为一种无需电力的环保解决方案。其独特的设计使您能够监测有害和有益昆虫，从而全面了解任何农业地区的昆虫数量。卡皮尔说：“通过在正确的时间评估目标害虫，我们可以采取必要的措施来控制害虫和疾病。” ... >>

来自档案馆的随机新闻

同步 DC-DC 稳压器 Texas Instruments LM76002/3 18.04.2018

德州仪器 (TI) 发布了新的降压转换器，LM60 的输入电压高达 2.5 V，输出电流高达 76002 A，LM3.5 的输出电流高达 76003 A。

凭借宽输入电压范围，可以简化工业和汽车系统中 24V 应用的输入保护电路。可在宽范围 (350...2200 kHz) 内调节的开关频率允许您根据功率损耗或电路板上解决方案占用的空间来优化器件。 IC 在封装底部有一个大焊盘，旨在吸收功率损耗，从而确保出色的热性能。

微电路引脚内部的特殊凹槽提高了焊点的质量，并提供了对组装过程的 100% 视觉控制。

技术参数：

输入电压范围：3,5...60 V（最大 65 V）；
输出电压从 1,0 V 到 Vin 的 95%；
额定输出电流：最高 2,5 A (LM76002) 和最高 3,5 A (LM76003)；
频率调整范围为：350...2200 kHz；
低自耗电流：15 μA；
最大效率达到97%；
可配置软启动（默认为 6,3ms）；
存在电源良好输出；
能够通过强制 PWM (FPWM) 选择工作模式；
低负载高效率（轻负载架构模式）；
工作温度范围 -40...150°С；
外壳 WQFN-30 尺寸 4x6 毫米；
有具有汽车资格的微电路版本。

典型应用：

汽车电子；
电信设备；
视频监控；
软件逻辑控制器；
轮胎供电系统 24/48 伏。

其他有趣的新闻：

▪ 古今肠道菌群的差异

▪ 一年四季都有夏季水果

▪ 联想是最大的笔记本电脑制造商

▪ Qnap TS-251A 和 TS-451A NAS

免费技术图书馆的有趣材料：

▪ 文章家用臭氧发生器。无线电电子电气工程百科全书

▪ 文章可调电流稳定器，16 伏 7 安。无线电电子电气工程百科全书

留下您对本文的评论：

本页所有语言

主页 | 图书馆 | 用品 | 网站地图 | 网站评论