Основания 4-го закона термодинамики.

Хотя общее число формулировок второго начала превышает пять десятков [26, 27], в теоретическом плане их можно свести к положению о законе существования энтропии S у всякой равновесной системы и неубывании её при любых процессах в адиабатных и адиабатно изолированных системах. Однако, в соответствии с законами Ньютона, устойчивое движение вещества в природе может существовать в двух видах: затухающем или периодическом [4, 28]. Апериодическое движение энергии (монотонный рост энтропии) активно развивали и пропагандировали Кельвин, Р.Клаузиус, В.Оствальд, И.Пригожин, П.Л.Капица, В.М.Бродянский, П.Эткинз, В.Е.Захаров и многие др. Периодическое движение энергии (цикличный рост энтропии) активно развивали и пропагандировали С.Карно, Дж.Максвелл, Дж.Гиббс, Ф.Энгельс, А.Эйнштейн, Л.Д.Ландау, Ф.Рейф, П.К.Ощепков, С.Д.Хайтун и многие др.

Второе начало термодинамики внесло в картину мира принципиальную деталь: в отличие от классической механики, в которой все процессы были обратимы во времени, второе начало термодинамики утверждает направление «стрелы времени» от прошлого к будущему. Несмотря на мистическое отношение ко второму началу термодинамики его апологетов (оно де определяет тенденцию к «деградации» мира и энергии, нарастанию хаоса), они не понимают, что их вывод есть следствие субъективного подхода «отцов основателей» при фрагментации природного гидроцикла.

Теория «диссипации энергии» также лишается адекватности из-за существования метода Гиббса и неравновесной термодинамики (синергетики). Любая термодинамическая система стремится к фазовому равновесию, как к состоянию с наименьшей энергией. Термодинамическое равновесие системы характеризуется термодинамическими потенциалами, при этом все термодинамические параметры системы − давление p, объем V, температура T и др. − могут быть получены как частные производные термодинамических потенциалов. Согласно правилу фаз Гиббса (18, 75), максимальное число фаз r, существующих в равновесии, не превосходит числа независимых компонентов п более чем на два: r ≤ п +2 [13].

Для количественной характеристики фазовых переходов качественно различных форм движения (кинетической и потенциальной энергий) и соответствующих им взаимодействий вводят различные виды энергии. Для равновесной системы, связанной потенциальными силами, справедлива теорема о вириале: средняя кинетическая энергия равна с обратным знаком половине средней потенциальной энергии. При любом возмущении кинетическая энергия сначала возрастает, затем происходит релаксация, и система возвращается в равновесное состояние: без компенсации нет релаксации. Собственно, таким образом и происходит движение энергии и изменение энтропии.

Уравнение Гиббса имеет вид: H = G + T_оS. Как видим, для тепловых процессов в термостате максимальное количество фаз равно трём (H, G, T_оS), а энергия диссипации отсутствует (в термостате теплота не рассеивается): при отсутствии диссипации dG = –T_оdS [24, §7.5, (77)]. Значит, метод Гиббса утверждает обратимость тепловых процессов , где (–dG) – эксергия (Æ), то есть работоспособность системы при термостатных условиях.

Пригожин (1984): «Теория Гиббса показывает, что оба процесса — прямой и обратный — в точности компенсируют друг друга. Итак, мы приходим к важному выводу: независимо от выбора механического или термодинамического представления (будь то движение по траекториям или теория ансамблей Гиббса−Эйнштейна), нам не удастся построить теорию необратимых процессов, которая выполнялась бы для любой системы, удовлетворяющей законам классической (или квантовой) механики! Как следует понимать эти отрицательные результаты? Любая ли теория необратимых процессов находится в неразрешимом конфликте с механикой (классической или квантовой)?» [11, §8.4].

Ландау (1964): «если возможен какой-либо процесс, сопровождающийся возрастанием энтропии замкнутой макроскопической системы, то должен быть возможен и обратный процесс, при котором энтропия системы убывает»[9, §8].

Рейф (1965): «Мы приходим к выводу, который можно назвать «принципом компенсации энтропии»: энтропия системы может быть уменьшена только в том случае, если система взаимодействует с другими системами так, что в процессе взаимодействия происходит компенсирующее увеличение энтропии (100)» [24, §7.7].

На рис.4 изображены две трактовки закона возрастания энтропии как функции времени S = f (τ): 4а - зависимость по Клаузиусу-Кельвину, 4b - зависимость по Ландау-Рейфу, а также трактовка эволюции по Л.Гумилёву (4с).

РИС.4. Две различных трактовки закона возрастания энтропии как функции времени S = f (τ) и кривая эволюции по Л.Гумилёву в тех же координатах:

а) Трактовка Р.Клаузиуса (1865) - закон монотонного возрастания (неубывания) энтропии;

b) Трактовка Л.Ландау (1964) - закон циклического возрастания энтропии [9, §8], трактовка Рейфа (1965) – «принцип компенсации энтропии» [24, (100)];

с) Переработанный график эволюционной кривой [29] в координатах S−τ.

Изложенная трактовка роста энтропии соответствует законам механики:

● 3-му Закону Ньютона – «действие вызывает равное противодействие»;

● симметрична по отношению к обоим направлениям времени.

Предлженная Ландау и Рейфом исправленная трактовка закона роста энтропии «убивает промах» второго закона - принцип «неубывания энтропии». Так как теплота - это механическое движение молекул и разных частиц, то закон изменения энтропии должен подчиняться законам механики (обратимости). Как известно, классическая механика сама по себе полностью симметрична по отношению к обоим направлениям времени: уравнения механики остаются неизменными при замене времени τ на – τ, поэтому, если эти уравнения допускают какое-либо движение, то они же допускают и прямо противоположное, при котором механическая система проходит через те же самые конфигурации в обратном порядке. Естественно, что такая симметрия должна сохраниться и в основанной на классической механике статистической физике: «вопрос о физических основаниях закона монотонного возрастания энтропии остается, таким образом, открытым»[9].

Пассионарная теория этногенеза Льва Гумилёва описывает эволюционный процесс как взаимодействие развивающихся этносов с ландшафтом и другими этносами. Движущей силой эволюции этноса является Пассионарность (P)[29]. Пассионарность(от фр. passioner – «увлекаться, разжигать страсть») — избыток некой когерентной «биохимической энергии» в этносе (сообществе), порождающий жертвенность, часто ради высоких целей. Если пассионарность - избыток когерентной энергии, то логично выразить её через функцию энтропии: S = f(1/P). График эволюционной кривой в S− τ координатах, представленный на рис.4с, качественно соответствует трактовке Ландау-Рейфа о законе немонотонного возрастания энтропии и является дополнительным фактором её адекватности, при этом можно рассматривать этот график как эволюцию любого человека (без нежданной смерти) и даже эволюцию Вселенной после «Big Boom».