James Clerk Maxwell
(1831-1879)

A termodinamikai II. fõtételének korlátai

in: Theory of Heat (New York: D. Appleton & Co., 1872), pp. 308-9 [fakszimile kiadás: AMS Press, 1972

Carmen Giunta tudománytörténei gyûjteménye


... Végül szeretném felhívni a figyelmet a molekuláris elmélet egy említésre méltó aspektusára.

A termodinamika egyik legjobban megalapozott állítása, hogy egy zárt rendszerben, amelyben sem a térfogatváltozás, sem a hõcsere nem lehetséges, és amelyben a hõmérséklet és a nyomás mindenhol azonos, munka befektetése nélkül nem hozható létre semmilyen hõmérséklet- vagy nyomáskülönbség. Ez a termodinamika II. fõtétele, amely kétségtelenül igaz addig, amíg csak a makroszkopikus testekrõl beszélünk, és nem érzékeljük vagy nem kezeljük külön-külön a testeket felépítõ molekulákat. De ha elképzelünk egy olyan lényt, aki képes arra, hogy minden egyes molekulát figyelemmel kísérjen, akkor ez a lény, akinek képességei lényegében ugyanolyan végesek, mint a mieink, megtehetné azt, ami jelenleg lehetetlen a mi számunkra. Láttuk, hogy az egyenletes hõmérsékletû, levegõvel teli edényben a molekulák egyáltalán nem egyenletes sebességgel mozognak, bár nagyszámú, önkényesen kiválasztott molekula átlagos sebeesége majdnem pontosan egyenletes. Tegyük fel, hogy egy ilyen edényt két A és B részre osztunk úgy, hogy a térelválasztón van egy kis lyuk, és egy olyan lény, aki látja az egyes molekulákat, ezt a lyukat úgy nyitja és csukja, hogy csak a gyorsabb molekulákat engedi át az  A-ból a B-be, és csak a lassabbakat a B-bõl az A-ba. Így munkavégzés nélkül emeli a B hõmérsékletét és csökkenti az A-ét, a termodinamika II. fõtételével ellentmondásban.

Ez csak egyetlen példa arra, hogy azok a konklúziók, amelyeket a temérdek molekulából álló testekre vonatkozó tapasztalataink alapján levontunk, alkalmatlannak bizonyulhatnak azoknak az érzékenyebb megfigyeléseknek és kísérleteknek az esetében, amelyeket olyasvalaki végezhetne, aki egyesével érzékelné és kezelné azokat a molekulákat, amelyekkel mi csak nagy tömegben tudunk bánni.

Addig, amíg a makroszkopikus anyag esetében nem érzékeljük az egyedi molekulákat, el kell fogadnunk azt, amit statisztikus számítási módszernek neveztünk, és el kell vetnünk a szigorú dinamikai módszert, amelynek alkalmazásakor minden egyes mozgást differenciálszámítással követünk.

Érdekes lenne megtudni, hogy a dinamikus módszerrel végzett tudományos vizsgálatok alapján alkotott ismeretekre és tudományos módszerekre vonatkozó elképzelések mennyiben alkalmazhatók a konkrét dolgokról szerzett aktuális ismereteinkre, amelyek, mint láttuk, lényegében statisztikus jellegûek, mert eddig még senki sem fedezte fel, hogyan követhetnénk egy molekula pályáját vagy hogyan azonosíthatnánk ezt a pályát különbözõ idõpontokban.

Nem hiszem azonban, hogy azt a tökéletes azonosságot, amelyet ugyannak az anyagfajtának a különbözõ részei között megfigyelünk, a nagyszámú mennyiségek átlagai esetében érvényesülõ stabilitás statisztikai elvével magyarázhatjuk. Mert ha ugyanannak az anyagnak, például a hidrogénnek a molekulái közül néhánynak egy kicsit nagyobb lenne a tömege, mint a többinek, el tudnánk választani a különbözõ tömegû molekulákat, és kétféle hidrogént tudnánk elõállítani úgy, hogy az egyiknek kissé nagyobb lenne a sûrûsége, mint a másiknak. Mivel ez nem lehetséges, meg kell állapítanunk, hogy az az egyenlõség, amelyet a hidrogénmolekulák között tapasztalunk, minden egyes molekula esetén fennáll, és nemcsak a molekulák milliós csoportjainak átlagára vonatkozik.

...


Vissza http://www.kfki.hu/chemonet/ 
http://www.chemonet.hu//