H-теорема

В термодинамике и кинетической теории, -теорема, полученная Больцманом в 1872 году, описывает неубывание энтропии идеального газа в необратимых процессах, исходя из уравнения Больцмана.

На первый взгляд может показаться, что она описывает необратимое возрастание энтропии исходя из микроскопических обратимых уравнений динамики. В своё время этот результат вызвал бурные споры.

Формулировка

При временно́й эволюции к равновесному состоянию энтропия внешне замкнутой системы возрастает и остается неизменной при достижении равновесного состояния[1].

H-теорема

Величина определяется как интеграл по пространству скоростей:

где  — вероятность.

Используя уравнение Больцмана, можно показать, что не может возрастать.

Для системы из статистически независимых частиц, соотносится с термодинамической энтропией посредством:

таким образом, согласно -теореме, не может убывать.

Однако Лошмидт выдвинул возражение, что невозможно вывести необратимый процесс из симметричных во времени уравнений динамики. Решение парадокса Лошмидта заключается в том, что уравнение Больцмана основано на предположении «молекулярного хаоса», то есть для описания системы достаточно одночастичной функции распределения. Это допущение по сути и нарушает симметрию во времени.

Формулировка

, где , , - любая функция, удовлетворяющая уравнению Больцмана[2]

Доказательство

Доказательство следует из неравенства Больцмана , где - любая функция, удовлетворяющая уравнению Больцмана, - интеграл столкновений. Для доказательства умножаем обе части уравнения Больцмана на и интегрируем по всем возможным скоростям . При этом используется, что , неравенство Больцмана , - инвариант столкновений, обращение в нуль при стремлении скорости к бесконечности[2].

См. также

Примечания

Литература

  • Черчиньяни К. Теория и приложения уравнения Больцмана. М.: Мир, 1978. — 495 с.
  • Климонтович Ю. Л. Введение в физику открытых систем. М.: Янус-К, 2002. — 284 с. — ISBN 5-8037-0101-7.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.