Archive for Октябрь, 2011

Каковы они, кванты?

Сейчас нам хочется обсудить одно часто бытующее мнение. Мнение о том, что к квантовой физике следует прибегать лишь при переходе в микромир — мир молекул, атомов и электронов, где все очень маленькое, а поведение больших вещей можно описывать, ограничиваясь законами классической физики.

На наш взгляд, это совершенно неправильно. Вы уже имели случай убедиться, что такой «большой» закон термодинамики, как уравнение Клапейрона, по существу, представляет собой просто другую форму записи соотношения неопределенностей Гейзенберга — соотношения чисто квантового. Будучи рассмотренным как следствие соотношения неопределенностей, уравнение Клапейрона сразу теряет свою таинственность, а сказанное остается справедливым независимо от того, рассматриваем мы одну молекулу или несколько кубических метров газа.

При допущении непрерывной делимости энергии, как это делается в классической физике, энтропия теряет смысл, а значит, рушится вся термодинамика. Нечто подобное произошло в конце XIX века. Read the rest of this entry »

Делим пополам

Зачем в книге об энергии понадобился рассказ об Ахиллесе и тем более о черепахе — существе медлительном и косном?

Чтобы ответить на этот вопрос, вернемся к разделу «Кто выиграл?», где мы подсчитывали количество способов, которыми может быть реализовано какое-либо заданное состояние, или, как мы назвали эту величину, статистический вес. Рассуждали мы так. Пусть в объеме имеется десять молекул, то бишь шариков, и каждая из них может иметь одну из десяти различных возможных величин энергии.

В том, что мы выбрали десять, а не какое-то другое число молекул, нет ничего неправомерного. Законы, которые мы сейчас изучаем, должны быть справедливыми для любого количества вещества, в том числе и для десяти молекул.

Read the rest of this entry »

Из Софии в Пловдив

Не скроем, что замысел этой книги возник у нас во время путешествия из Софии в Пловдив. Перенесемся в «Волгу», несущуюся по новенькому шоссе. Куда и с какой скоростью она движется? Предположим, что скорость «Волги» равна 120 км/ч, или 3333 см/с. Это скорость автомобиля, рассматриваемого как единое целое. Read the rest of this entry »

Следствие закона сохранения количества движения

Одно из следствий закона сохранения количества движения — свойство тел сохранять состояние равномерного прямолинейного движения. Ускорение их, т.е. изменение количества движения, возможно только при наличии взаимодействия, которое часто называют силой. Этой силе ставят в соответствие равную ей по величине и противоположную по направлению силу инерции, пропорциональную произведению массы на ускорение. Вопрос о силах мы уже достаточно подробно обсудили и повторяем слово «сила» для того, чтобы сказать: с законом сохранения момента количества движения также связывают существование некоторой силы инерции.

Если угловая скорость вращения остается постоянной, а изменяется направление оси вращения (т. е. направление вектора момента количества движения), говорят о наличии специального вида ускорения, называемого ускорением Кориолиса. С кориолисовым ускорением связывают силу инерции, равную произведению момента инерции на кориолисово ускорение. Считается, что именно эта сила «сопротивляется» изменению направления оси вращения. Read the rest of this entry »

Обойдемся без энтропии?

Своими органами чувств человек воспринимает пространство и время как нечто непрерывное, допускающее неограниченное деление. То же самое относится и к другим физическим величинам, в том числе и к энергии. Потенциальная энергия гири, поднятой на какую-то высоту, равна произведению этой высоты на массу гири и на ускорение силы тяжести. Ничто из нашего повседневного опыта не говорит о том, что мы не можем поднять гирю на столько, потом еще на полстолько, потом еще на четверть столько и так далее до бесконечности. Read the rest of this entry »

Кто выиграл?

Подсчитывая полную энергию идеального газа, мы помножили энергию одной молекулы на количество молекул. А ведь так можно поступать, лишь когда все молекулы имеют одинаковую энергию, но такого в природе не бывает. Не ходят все без исключения по одной и той же тропинке, шаг в шаг. Пример с дорогой мы привлекли лишь для того, чтобы попытаться сделать наглядней ту мысль, что одним и тем же путем ходит большинство людей и потому протаптываются тропинки. Разберемся во всем этом подробнее.

Многие, конечно, видели, как по телевидению разыгрывается тираж спортлото. В прозрачный барабан насыпают шарики. Такие же, как шарики для игры в пинг-понг, но побольше и с нарисованными на них цифрами. Read the rest of this entry »