Разрешение парадокса

Существование демона невозможно по следующим причинам:

• Живое, а тем более разумное существо в изолированной системе погибнет. Даже если живой Демон что и успеет, то после его кончины хаос быстро восстановится. Если серьезно, то науке не известен биологический объект с требуемыми свойствами.

• Лёгкая дверца, которую может открыть только «энергичная» молекула, непременно будет броуновской частицей. Следовательно, она будет открываться и закрываться случайным образом и пропускать кого попало. Хаос сохранится, энтропия не уменьшится.

• Управление дверцей извне возможно, например, с помощью лазера, но тогда нарушается изолированность системы. В неизолированной системе энтропия может убывать, это не противоречит второму началу, но тогда условия «игры» не выполнены.

11.3. Область применимости второго начала термодинамики

Второе начало, как и термодинамика в целом, применимо к макросистемам при выполнении ряда исходных положений классической термодинамики [1]. Границы применимости постулата обозначены на схеме 11.3.1.

Схема 11.3.1.

Статистический характер второго начала

В статистической теории энтропия системы, находящейся в макроскопическом состоянии , определяется формулой Больцмана

Рост энтропии в изолированной системе означает движение этой системы в направлении наиболее вероятного и стало быть равновесного состояния. В этом движении возможны флуктуации, в том смысле, что в какие-то короткие интервалы времени система может оказаться в менее вероятном макросостоянии, а, значит, ее энтропия ненадолго уменьшится.

Когда мы говорим о статистическом характере второго начала, то под этим понимаем, что не существует абсолютного запрета убывания энтропии в изолированной системе.

Чем больше число частиц в системе, тем меньше флуктуации и тем вероятнее выполняется закон возрастания энтропии. Термодинамика изучает макросистемы, содержащие огромное число частиц, в которых нарушение второго начала является практически невозможным событием.

11.4. Концепция тепловой смерти Вселенной

Заблуждения великих учёных не только занимательны, но и поучительны. Интересным образцом этого жанра является концепция «тепловой смерти». Вселенной, сформулированная почти полтора века назад на основе работ Клаузиуса. Являясь по своей идеологии ошибочной, она получила широкое распространение и долгие годы стимулировала более глубокое понимание научным сообществом второго начала термодинамики, а также общественный интерес к космологическим теориям, описывающим эволюцию Вселенной.

Концепция Клаузиуса

Клаузиус, рассматривая всю Вселенную как замкнутую систему, свел содержание второго закона термодинамики к утверждению: «Энтропия Вселенной стремится к максимуму». Когда этот максимум будет достигнут, во Вселенной прекратятся какие бы то ни было процессы.Таким образом, согласно Клаузиусу, во Вселенной в конце концов должно наступить абсолютно равновесное состояние, в котором никакие процессы уже невозможны. Такое состояние было названо тепловой смертью Вселенной.