Die Philosophie der thermischen und statistischen Physik ist, dass ein Teil der Philosophie der Physik, deren Gegenstand klassische Thermodynamik, statistische Mechanik und verwandte Theorien ist. Seine Hauptfragen schließen ein: Was ist Wärmegewicht, und was tut das zweite Gesetz der Thermodynamik, sagen darüber? Entweder Thermodynamik oder statistische Mechanik enthalten ein Element der Zeitnichtumkehrbarkeit? Wenn so, was erzählt statistische Mechanik uns über den Pfeil der Zeit?

Was ist Thermodynamik?

Thermodynamik ist die Studie des makroskopischen Verhaltens von physischen Systemen unter dem Einfluss des Austausches der Arbeit und Hitze mit anderen Systemen oder ihrer Umgebung. Es ist mit den mikroskopischen Eigenschaften dieser Systeme wie die Bewegungen von Atomen nicht beschäftigt.

Am wirklichen Herzen der zeitgenössischen Thermodynamik liegt die Idee vom thermodynamischen Gleichgewicht, einem Staat, in den sich keine makroskopischen Eigenschaften des Systems mit der Zeit ändern. In orthodoxen Versionen der Thermodynamik werden Eigenschaften wie Temperatur und Wärmegewicht für das Gleichgewicht definiert setzt nur fest. Die Behauptung, dass alle thermodynamischen Systeme, die ein festes Volumen besetzen, Gleichgewicht in der unendlichen Zeit erreichen werden, die zentral, aber zur Thermodynamik stillschweigend gewesen ist, ist kürzlich "minus das erste Gesetz der Thermodynamik synchronisiert worden."

Die Gesetze der Thermodynamik

Traditionell ist Thermodynamik häufig als eine "Theorie des Grundsatzes beschrieben worden." Das ist eine Theorie, in der einige empirische Verallgemeinerungen, und von ihnen als selbstverständlich betrachtet werden, wird der Rest der Theorie abgeleitet. Gemäß dieser Ansicht gibt es eine starke Ähnlichkeit zwischen drei empirischen Tatsachen und den ersten drei Gesetzen der Thermodynamik. Es gibt ein viertes Gesetz, nicht besprochen hier.

Das zeroth Gesetz

Wie man

sagt, sind zwei Systeme im Thermalgleichgewicht, wenn 1) beide der Systeme im Gleichgewicht sind, und 2) sie im Gleichgewicht bleiben, wenn sie in den Kontakt gebracht werden, wo 'Kontakt' gemeint wird, um die Möglichkeit der wert seienden Hitze, aber nicht Arbeit oder Partikeln einzubeziehen. Thermalgleichgewicht ist:

• Reflexiv: Jedes System ist im Thermalgleichgewicht mit sich;
• Symmetrisch: Wenn System A im Thermalgleichgewicht mit dem System B ist, dann ist es auch der Fall, dass B im Gleichgewicht mit A ist;
• Transitiv: Es ist eine empirische Tatsache, dass, wenn System A im Thermalgleichgewicht mit dem System B ist, und System B im Thermalgleichgewicht mit dem System C ist, dann sind System A und System C auch im Thermalgleichgewicht.

Folglich ist das Thermalgleichgewicht zwischen Systemen eine Gleichwertigkeitsbeziehung, und das ist die Substanz des zeroth Gesetzes der Thermodynamik. Gemäß Max Planck, der ein einflussreiches Lehrbuch auf der Thermodynamik und viele andere Autoren geschrieben hat, zeigt dieser empirische Grundsatz, dass wir die "Temperaturfunktion definieren können, die" zu unserer täglichen Vorstellung der Hitze zentral ist.

Das erste Gesetz

In einfachsten Begriffen stellt das Erste Gesetz fest, dass das innere Energieniveau eines isolierten Systems eine Konstante ist. Im Zusammenhang eines nichtisolierten Systems verlangt dieses Gesetz dass, wenn es eine Änderung in der Energie gibt, wenn es von einem Gleichgewicht-Staat bis einen anderen geht, dass Änderung der Wärmeübertragung ins System minus die geleistete Arbeit durch das System gleich ist. Folglich kommt Energie in minus die Energie der Änderung in der Energie gleich.

Das Verstehen des Ersten in die klassische Physik aufgenommenen Gesetzes kann durch den Ausspruch zusammengefasst werden: "Energie kann weder geschaffen noch zerstört werden."

Wegen:

• Massenenergie-Gleichwertigkeit, die eine Folge der speziellen Relativität (zusammengefasst durch die berühmte Gleichung E=mc) ist;
• Standardmodell der Partikel-Physik;
• Spontanes Erscheinen von elementaren Partikeln aus dem Vakuum, wie erklärt, durch die Quant-Theorie, und den ebenso spontanen Zerfall von einzelnen Partikeln und die gegenseitige Vernichtung von Partikeln und Antiteilchen,

die obengenannte klassische Version des Ersten Gesetzes muss wie folgt amendiert werden:

"Die Gesamtenergie des Weltalls, einschließlich der Energie, die des ganzen baryons, bosons, und leptons im Weltall gleichwertig ist, ist für alle Zeiten unveränderlich."

Das zweite Gesetz der Thermodynamik

In einem allgemeinen Sinn sagt das Zweite Gesetz, dass Temperaturunterschiede zwischen Systemen im Kontakt mit einander dazu neigen auszugleichen, und dass Arbeit bei diesen Nichtgleichgewicht-Unterschieden erhalten werden kann, aber dieser Verlust der Hitze kommt in der Form des Wärmegewichtes vor, wenn Arbeit getan wird. Dieses Gesetz folgt einfach von der Statistik: Wenn ein physisches System gegeben wird (wird erlaubt zu besetzen) neue Energiestaaten, die zu den vorhandenen Staaten gleichwertig sind (sagen Sie, ein Benzin breitet sich in ein größeres Volumen aus), dann wird das System "neue" Staaten auf dem gleichen Stand mit den vorhandenen ("alten") besetzen. Das ist das Hauptpostulat der statistischen Mechanik - dass gleichwertige Energiestaaten nicht bemerkenswert sein können. So, als die Zahl von Energiezustandzunahmen wird die Energie des Systems unter immer mehr Staaten ausgebreitet, dadurch das Wärmegewicht des Systems vergrößernd.

Das Zweite Gesetz kann durch jeden der folgenden Aussprüche zusammengefasst werden:

• "Das Wärmegewicht jedes geschlossenen thermodynamischen Systems kann nicht abnehmen."
• "Das Wärmegewicht des Weltalls kann nicht abnehmen."

Etwas Wackeln hat die folgende Zusammenfassung der Ersten und Zweiten Gesetze vorgeschlagen: "Das erste Gesetz sagt, dass Sie nicht gewinnen können, sagt das zweite Gesetz, dass Sie nicht sogar kostendeckend arbeiten können."

Es gibt verschiedene Interpretationen des Zweiten Gesetzes, ein, der H-Lehrsatz von Boltzmann seiend.

Der Dämon von Maxwell

James Clerk Maxwell, in einem 1871-Aufsatz hat die "Theorie der Hitze betitelt," hat ein Gedanke-Experiment vorgehabt, das sich zeigt, warum das Zweite Gesetz gerade eine vorläufige Bedingung sein könnte, warum Wärmegewicht schlagbar sein könnte. Dieses Gedanke-Experiment ist gekommen, um den Dämon von Maxwell genannt zu werden.

: "Wenn wir uns ein Wesen vorstellen, dessen Fakultäten so geschärft werden, dass er jedem Molekül in seinem Kurs folgen kann, würde solch ein Wesen, dessen Attribute noch als unser eigenes im Wesentlichen begrenzt sind, im Stande sein zu tun, was zurzeit für uns," (J. C. Maxwell,) unmöglich

ist

Er hat fortgesetzt zu erklären, dass der Dämon, der an einem mikroskopischen Niveau arbeitet, ein Tor (vermutlich des Aufbaus der niedrigen Reibung) das Erlauben nur schneller Moleküle operieren konnte, um es durchzuführen. Auf diese Weise würde die Arbeit des Dämons auf langsame Moleküle (d. h. Kälte) auf einer Seite der gated Barriere und Hitze auf der anderen Seite hinauslaufen. Und doch verletzt die Bewegung von der Gleichförmigkeit der Temperatur zu einem Spalt von heißen/kalten das Zweite Gesetz. Es folgt, Maxwell hat gedacht, dass das Zweite Gesetz gerade eine provisorische Folge von technologischen Beschränkungen war, die schließlich überwunden würden, wenn Menschen zum Beobachten und der Manipulierung individueller Moleküle fähig sein würden.

Im 20. Jahrhundert haben Fortschritte in der Informationstheorie und Thermodynamik schließlich gezeigt, wie das Messen und Manipulierung des sprichwörtlichen Dämons von Tätigkeiten Gesamtwärmegewicht durch mehr notwendigerweise vergrößern würden, als seine Handlungen das Wärmegewicht des geschlossenen gasartigen Systems vermindert haben. Folglich konnte der Dämon von Maxwell nicht Gesamtwärmegewicht sogar im Prinzip und die vorgeschlagene Ausnahme von Maxwell zu den Zweiten widerlegten Gesetzstandplätzen vermindern.

Siehe auch

• Wärmegewicht
• Maximale Wärmegewicht-Thermodynamik
• Soziale Thermodynamik-Theorie
• Uffink, J., 2001, "Bluffen Ihr Weg im zweiten Gesetz der Thermodynamik," Studien in der Geschichte und Philosophie der Modernen Physik 32 (3): 305-94.
• --------2007, "Kompendium der Fundamente der Klassischen Statistischen Physik" in Butterfield, J., und John Earman, Hrsg., Philosophie der Physik, Teil B. Das nördliche Holland: 923-1074.
• Valev, P., 2002, "Das Gesetz von Selbsttätigen Maschinen und Irreversiblen Prozessen mit umkehrbaren Repliken," in Sheehan, D., (Hrsg.). Verhandlungen der Konferenz von First International für Quant-Grenzen zum Zweiten Gesetz, amerikanischen Institut für die Physik: 430-35.

Links

• Enzyklopädie von Stanford der Philosophie: