Eduardo Perez - Вселенная погибнет от холода. Больцман. Термодинамика и энтропия.

Закон о возрастании энтропии, или «второе начало термодинамики», мог применяться не только к двигателям, в связи с которыми он был сформулирован. Вскоре научное сообщество осознало, что закон предсказывает ужасающий сценарий гибели Вселенной, получивший название «тепловой смерти». Энтропия космоса, приводились аргументы, может только возрастать, пока не дойдет до максимума, когда будет невозможно производить какую-либо полезную работу. В это мгновение Вселенная перестанет существовать.

Статистическое объяснение энтропии пролило свет на столь безрадостную картину. Поскольку второе начало — всего лишь статистическая истина, едва наступит состояние тепловой смерти, возникнут флуктуации, которые вызовут увеличение энтропии. Эти флуктуации в целом будут маленькими, но по истечении времени станут достаточно большими для того, чтобы позволить возникнуть другой упорядоченной вселенной. Так наименьшее перейдет в наибольшее, дав некоторую надежду будущему космоса.

Другая область, в которой работа Больцмана произвела революцию, связана с изучением так называемой «стрелы времени», направления от прошлого к будущему. Законы, известные в ту пору, основанные на механике Ньютона, не могли прояснить ситуацию, поскольку давали одинаковые прогнозы независимо от того, движется время назад или вперед. Второе начало термодинамики истолковало это явление так: будущее — область, в которой энтропия увеличивается, процесс идет в одном-единственном направлении, поскольку, как было сказано, это отражает тенденцию системы занимать самые вероятные состояния.

Данное определение допускало возможность, что ось времени относительна: если бы энтропия увеличивалась в форме, обратной тому, как это происходит, то существа, живущие в таком мире, окрестили бы прошлое будущим, и наоборот.

Научная работа Больцмана также привела его в область философии, сначала он вступил в нее с неохотой, а затем с энтузиазмом. Его вклад в философию через несколько десятилетий отразился в работах таких мыслителей XX века, как Карл Поппер или Томас Кун, не говоря уже об очевидном влиянии Больцмана на Венский кружок, ряд участников которого посещали его лекции. Его критика метафизики была разрушительной, хотя австрийский ученый признавал, что философские дилеммы, поставленные этой дисциплиной, достойны траты времени. Он утверждал: ответы на великие вопросы придут в результате анализа небольших разрешимых задач, аргументируя это тем, что тысячи гениальных людей посвящали свою жизнь огромным нерешенным проблемам без особого видимого прогресса. Больцман проповедовал дарвинистское видение науки и знания в целом и даже утверждал, что математическая логика — всего лишь продукт эволюции, и таким образом опять же приблизился к великим достижениям XX века.

Сферой, в которой ему, как ученому и как философу науки, пришлось бороться наиболее усердно, стала защита атомной теории. Несмотря на успех ее методов, в конце XIX века возникло течение под названием «энергетика» (идеологом которого был Эрнст Мах, ярый соперник Больцмана в области философии), утверждающее, что вся физика может быть объяснена с позиции взаимодействия энергии. Энергетики отрицали существование атомов и считали последователей атомной теории старомодными, обвиняли их в том, что те держатся за устаревшие идеи. Больцман как никто страдал от нападок Маха, что сказалось на его депрессивной личности и, согласно многим историкам, подтолкнуло к самоубийству.

Больцман даже не сомневался в существовании атомов. Это не слепая вера, как думали его соперники, а строгая приверженность учению о научном методе: теория с наибольшей объяснительной силой — именно та, которая должна быть принята. Он настаивал, что атомная теория одерживает верх над энергетической гипотезой, которая неспособна объяснить даже движение материальной точки.

Взгляды Больцмана получили подтверждение в начале XX века, когда ряд экспериментов доказал: материя, несомненно, состоит из атомов. К сожалению, победа пришла слишком поздно. В 1906 году Больцман повесился у себя дома на летнем отдыхе в Дуино, в Италии. Хотя причин самоубийства может быть много и, скорее всего, они мало связаны с атомной теорией, но коллективное воображение представило это как акт разочарования ученого, работа всей жизни которого оказалась под угрозой.

Хотя жизнь Больцмана прервалась в тот роковой год, его влияние только начиналось и распространилось на весь XX век. Невозможно представить современную науку без его вклада, помогшего осветить квантовую механику и теорию относительности — две теории, в значительной степени определившие наше видение космоса, на которых основывается практически вся современная технология.

184420 февраля в Вене появляется на свет Людвиг Эдуард Больцман. Вскоре семья переезжает в Вельс, затем в Линц.

1859Умирает его отец.

1883Сдает вступительный экзамен в Венский университет, его мать переезжает в столицу, чтобы помогать сыну, обучающемуся физике. Умирает его брат Альберт.

1887Получает должность приват-доцента, за год до этого — степень доктора.

1889Назначается профессором математической физики в Грацском университете.

1872Публикует уравнение, носящее его имя, и дает математическое обоснование распределения Максвелла, которое получает название распределения Максвелла — Больцмана. Доказывает, что второе начало термодинамики — следствие из атомной теории и теории вероятностей, что позже станет известно как Н-теорема.

1873Принимает кафедру математики Венского университета.

1878Заключает брак с Генриеттой фон Айгентлер и возвращается в Грац; у супругов будет пятеро детей.

1877Публикует статью о парадоксе обратимости, а также еще одну работу, в которой анализирует связь между энтропией и теорией вероятностей. Выводит формулу 5 - k logW, которую потом выгравируют на его могиле.

1878Назначается деканом Грацского университета, а через три года ректором.

1884Публикует вывод закона Стефана — Больцмана. Через год умирает его мать.

1888Сначала принимает кафедру, которую ему предлагают в Берлинском университете, а затем отказывается от нее. Первые признаки маниакально-депрессивного расстройства.

1889Умирают его сын Людвиг Хуго и его сестра Хедвиг.

1890Принимает кафедру теоретической физики в Мюнхенском университете.

1894Занимает кафедру Йозефа Стефана в Венском университете.

1895Больцман и Оствальд участвуют в публичных дебатах в Любеке на тему энергетического и атомного течений.