Termodinamiğin ikinci yasasının birkaç formülasyonu vardır, bunlardan ikisi aşağıda verilmiştir:

· Isı, sıcaklığı daha düşük olan bir cisimden sıcaklığı daha yüksek olan bir cisme doğal olarak akamaz(R. Clausius'un formülasyonu);

· ikinci türden bir sürekli hareket makinesi imkansızdır, yani böyle bir periyodik süreç, bunun tek sonucu bir cismin soğuması nedeniyle ısının işe dönüştürülmesi olacaktır (Thomson'un formülasyonu).

Termodinamiğin ikinci yasası, iki enerji aktarımı biçiminin (iş ve ısı) eşitsizliğini gösterir. Bu yasa, bir vücudun bir bütün olarak düzenli hareket enerjisinin (mekanik enerji), parçacıklarının düzensiz hareket enerjisine (termal enerji) geçiş sürecinin geri döndürülemez olduğu gerçeğini dikkate alır. Örneğin sürtünme sırasındaki mekanik enerji herhangi bir ek işlem gerektirmeden ısıya dönüştürülür. Düzensiz parçacık hareketinin enerjisinin (iç enerji) işe dönüşümü ancak buna bazı ek süreçlerin eşlik etmesi durumunda mümkündür. Böylece, doğrudan çevrimde çalışan bir ısı motoru, yalnızca ısıtıcıdan sağlanan ısı nedeniyle iş üretir, ancak aynı zamanda alınan ısının bir kısmı buzdolabına aktarılır.

Entropi İç enerjiye ek olarak. sen sistemin durum parametrelerinin benzersiz bir fonksiyonu olan diğer durum fonksiyonları termodinamikte yaygın olarak kullanılmaktadır ( serbest enerji, entalpi Ve entropi).

Konsept entropi 1865 yılında Rudolf Clausius tarafından ortaya atılmıştır. Bu kelime Yunancadan gelmektedir. entropi ve kelimenin tam anlamıyla anlamına gelir dönüş, dönüşüm. termodinamikte bu terim, çeşitli enerji türlerinin (mekanik, elektrik, ışık, kimyasal) ısıya, yani moleküllerin rastgele, kaotik hareketine dönüşmesini tanımlamak için kullanılır. Bu enerjiyi toplayıp tekrar elde edildiği türe dönüştürmek mümkün değildir.

Belirlemek için geri dönüşü olmayan saçılma önlemleri veya dağılma enerji ve bu kavram tanıtıldı. Entropi S devletin bir fonksiyonudur. Diğer termodinamik fonksiyonlar arasında öne çıkıyor çünkü istatistiksel yani olasılıksal doğa.

Termodinamik bir sistemde ısının alınmasını veya salınmasını içeren bir süreç meydana gelirse, bu, sistemin entropisinde artabilecek veya azalabilecek bir dönüşüme yol açar. Geri dönüşü olmayan bir döngü sırasında yalıtılmış bir sistemin entropisi artar

dS> 0. (3.4)

Bu, sistemde geri dönüşü olmayan enerji kaybının meydana geldiği anlamına gelir.

Kapalı bir sistemde tersinir bir süreç meydana gelirse entropi değişmeden kalır

dS= 0. (3.5)

Sonsuz küçük miktarda ısının aktarıldığı izole bir sistemin entropisindeki değişiklik aşağıdaki ilişkiyle belirlenir:

. (3.6)

Bu ilişki tersinir bir süreç için geçerlidir. Kapalı bir sistemde meydana gelen geri dönüşü olmayan bir süreç için:

dS> .

Açık bir sistemde entropi her zaman artar. Diferansiyeli adı verilen durum fonksiyonu azaltılmış ısı.

Böylece kapalı bir sistemde meydana gelen tüm süreçlerde entropi, tersinmez süreçlerde artar ve tersinir süreçlerde değişmeden kalır. Sonuç olarak, formül (3.4) ve (3.5) birleştirilebilir ve şu şekilde sunulabilir:

dS ³ 0.

Bu istatistiksel termodinamiğin ikinci yasasının formülasyonu.

Sistem durum 1'den durum 2'ye denge geçişi yaparsa, o zaman denklem (3.6)'ya göre , entropi değişimi

D S 1- 2 = S 2 – S 1 = .

Fiziksel bir anlamı olan entropinin kendisi değil, entropiler arasındaki farktır..

İdeal gaz süreçlerinde entropi değişimini bulalım. Çünkü:

; ;

,

veya: . (3.7)

Bu, ideal bir gazın 1. durumdan 2. duruma geçişi sırasında entropisindeki değişimin, geçiş süreci 1® 2'nin türüne bağlı olmadığını göstermektedir.

Formül (3.7)'den şu sonuç çıkar: izotermal işlem ( T1 = T2):

.

Şu tarihte: izokorik süreç, entropideki değişim eşittir

.

Adyabatik bir süreç için d Q= 0, sonra uD S= 0 olduğundan, sabit entropide tersinir bir adyabatik süreç meydana gelir. Bu yüzden onu çağırıyorlar izantropik süreç.

Bir sistemin entropisi, toplanabilirlik özelliğine sahiptir; bu, sistemin entropisinin, sisteme dahil olan tüm cisimlerin entropilerinin toplamına eşit olduğu anlamına gelir.

İstatistiksel fiziği işin içine katarsak entropinin anlamı daha da netleşir. İçinde entropi şu şekilde ilişkilidir: sistem durumunun termodinamik olasılığı. Sistemin durumunun termodinamik olasılığı W, belirli bir makro durumu belirleyen koordinatlar ve hızlar boyunca parçacıkların olası tüm mikro dağılımlarının sayısına eşittir: Walways³ 1, yani termodinamik olasılık matematiksel anlamda olasılık değildir.

L. Boltzmann (1872), bir sistemin entropisinin Boltzmann sabitinin çarpımına eşit olduğunu gösterdi k belirli bir durumun termodinamik olasılığının W logaritmasıyla

Sonuç olarak, entropiye aşağıdaki istatistiksel yorum verilebilir: entropi bir sistemin düzensizliğinin ölçüsüdür. Formül (3.8)'den açıkça görülmektedir: Belirli bir makro durumu gerçekleştiren mikro durumların sayısı ne kadar fazla olursa, entropi de o kadar büyük olur. Sistemin en olası durumu denge durumudur. Mikro durumların sayısı maksimumdur, dolayısıyla entropi maksimumdur.

Tüm gerçek süreçler geri döndürülemez olduğundan, şu iddia edilebilir: Kapalı bir sistemdeki tüm süreçler entropinin artmasına neden olur - entropinin artması ilkesi.

Entropinin istatistiksel yorumunda bu, kapalı bir sistemdeki süreçlerin, durumların olasılığı maksimum olana kadar daha az olası durumlardan daha olası durumlara doğru ilerlediği anlamına gelir.

Bir örnekle açıklayalım. Bir bölmeyle iki eşit parçaya bölünmüş bir kap hayal edelim A Ve B. kısmen A gaz var ve B- vakum. Bölmede bir delik açarsanız, gaz hemen "kendi kendine" genleşmeye başlayacak ve bir süre sonra kabın tüm hacmine eşit olarak dağıtılacak ve bu büyük olasılıkla sistem durumu. En düşük olasılık gaz moleküllerinin çoğunun aniden kabın yarılarından birini kendiliğinden doldurduğu bir durum olacaktır. Bu olayı istediğiniz kadar bekleyebilirsiniz, ancak gazın kendisi yeniden parçalara ayrılmayacaktır. A. Bunu yapmak için gaz üzerinde biraz çalışma yapmanız gerekir: örneğin bir parçanın sağ duvarını piston gibi hareket ettirin B. Bu nedenle, herhangi bir fiziksel sistem daha az olası bir durumdan daha olası bir duruma geçme eğilimindedir. Sistemin denge durumu daha olasıdır.

Entropi kavramını ve R. Clausius eşitsizliğini kullanarak, termodinamiğin ikinci yasası Geri dönüşü olmayan süreçler sırasında kapalı bir sistemin entropisinin artması yasası olarak formüle edilebilir:

Kapalı bir sistemdeki geri dönüşü olmayan herhangi bir süreç, sistemin daha yüksek entropili bir duruma girme olasılığının daha yüksek olacağı ve denge durumunda maksimuma ulaşacağı şekilde gerçekleşir. Veya:

kapalı sistemlerde meydana gelen süreçlerde entropi azalmaz.

Lütfen yalnızca kapalı sistemlerden bahsettiğimizi unutmayın.

Yani termodinamiğin ikinci yasası istatistiksel bir yasadır. Yalıtılmış bir sistemin parçası olan çok sayıda parçacığın gerekli kaotik hareket kalıplarını ifade eder. Ancak istatistiksel yöntemler yalnızca sistemde çok sayıda parçacık olması durumunda uygulanabilir. Az sayıda parçacık (5-10) için bu yaklaşım uygulanamaz. Bu durumda tüm parçacıkların hacmin yarısında bulunma olasılığı artık sıfır değildir, yani böyle bir olay meydana gelebilir.

Evrenin Isı Ölümü. Evreni kapalı bir sistem olarak gören ve termodinamiğin ikinci yasasını ona uygulayan R. Clausius, her şeyi Evrenin entropisinin maksimuma ulaşması gerektiği ifadesine indirgedi. Bu, tüm hareket biçimlerinin termal harekete dönüşmesi gerektiği anlamına gelir; bunun sonucunda Evrendeki tüm cisimlerin sıcaklığı zamanla eşitlenecek, tam termal denge oluşacak ve tüm süreçler basitçe duracaktır: Evrenin termal ölümü. Evren meydana gelecektir.

Termodinamiğin temel denklemi . Bu denklem termodinamiğin birinci ve ikinci yasalarının formüllerini birleştirir:

D Q = dÜ + p dV, (3.9)

Termodinamiğin ikinci yasasını ifade eden denklem (3.9)'u eşitlik (3.10) ile değiştirelim:

.

işte bu termodinamiğin temel denklemi.

Sonuç olarak, eğer termodinamiğin birinci yasası sürecin enerji dengesini içeriyorsa, ikinci yasanın da onun olası yönünü gösterdiğini bir kez daha not ediyoruz.

Termodinamiğin üçüncü yasası

Termodinamiğin bir başka yasası, 1906'da V. Nernst tarafından kimyasal reaksiyonların entropisindeki değişikliklerin incelenmesi sürecinde oluşturuldu. Buna denir Nernst teoremi veya termodinamiğin üçüncü yasası ve mutlak sıfır sıcaklıklarda maddelerin ısı kapasitesinin davranışı ile ilişkilidir.

Nernst teoremi mutlak sıfıra yaklaşıldığında, sistemin durumunun diğer tüm parametrelerinin hangi değerleri aldığına bakılmaksızın sistemin entropisinin de sıfıra yöneldiğini belirtir:

.

Entropiden beri ve sıcaklık T Sıfıra doğru gidiyorsa, maddenin ısı kapasitesi de sıfıra doğru yönelmelidir ve bu daha hızlıdır. T. şöyle: mutlak sıfır sıcaklığının ulaşılamazlığı sonlu bir termodinamik süreç dizisi, yani sonlu sayıda işlem - soğutma makinesinin çalışma döngüleri (termodinamiğin üçüncü yasasının ikinci formülasyonu).

Gerçek gazlar

Van der Waals denklemi

Yeterince yüksek sıcaklıklarda ve düşük basınçlarda seyreltilmiş gazların durumundaki değişiklik ideal gaz yasalarıyla açıklanır. Ancak gerçek bir gazın basıncı arttıkça ve sıcaklığı düştükçe, gerçek gazların davranışları ile ideal bir gazın parçacıklarına atfedilen davranışlar arasındaki önemli farklılıklar nedeniyle bu yasalardan önemli sapmalar gözlenir.

Gerçek gazların durum denkleminde aşağıdakiler dikkate alınmalıdır:

· moleküllerin kendi hacminin nihai değeri;

· Moleküllerin birbirlerine karşılıklı çekimi.

Bunun için J. van der Waals, Clapeyron-Mendeleev denkleminde olduğu gibi kabın hacmini değil, durum denklemine dahil edilmesini önerdi ( pV = RT) ve moleküller tarafından işgal edilmeyen bir mol gazın hacmi, yani değer ( V M -B), Nerede V m – molar hacim. J. van der Waals, moleküller arasındaki çekim kuvvetlerini hesaba katmak için durum denkleminde yer alan basınca bir düzeltme getirdi.

Clapeyron-Mendeleev denklemine moleküllerin içsel hacminin (itici kuvvetler) ve çekici kuvvetlerin hesaba katılmasıyla ilgili düzeltmeler ekleyerek şunu elde ederiz: bir mol gerçek gazın durum denklemi formda:

.

Bu van der Waals denklemi, burada sabitler A Ve B farklı gazlar için farklı anlamlara sahiptir.

Laboratuvar çalışması

Termodinamiğin ikinci yasası(Termodinamiğin ikinci yasası), bir termodinamik sistemin durumunun bir fonksiyonu olarak entropinin varlığını belirler ve mutlak termodinamik sıcaklık kavramını, yani “ikinci yasa entropi yasasıdır” ve özelliklerini sunar. Yalıtılmış bir sistemde, entropi ya sabit kalır ya da artar (dengesiz süreçlerde), termodinamik dengeye ulaşıldığında maksimuma ulaşır ( artan entropi kanunu). Literatürde bulunan termodinamiğin ikinci yasasının çeşitli formülasyonları, artan entropinin genel yasasının özel ifadeleridir.

Termodinamiğin ikinci yasası, termometrik bir özelliğin seçiminde ve onu ölçme yönteminde keyfiliğe bağlı olmayan rasyonel bir sıcaklık ölçeği oluşturmamıza olanak tanır.

Birinci ve ikinci ilkeler birlikte, bu iki ilkenin gelişmiş bir sonuçları sistemi olarak değerlendirilebilecek fenomenolojik-termodinamiğin temelini oluşturur. Aynı zamanda, bir termodinamik sistemde birinci yasanın izin verdiği tüm süreçlerden ikinci yasa, gerçekte mümkün olanları belirlememize ve kendiliğinden süreçlerin yönünü belirlememize ve ayrıca termodinamik sistemlerde denge kriterlerini belirlememize olanak tanır.

Ansiklopedik YouTube

1 / 5

✪ Isı mühendisliğinin temelleri. Termodinamiğin ikinci yasası. Entropi. Nernst'in teoremi.

✪ TERMODİNAMİĞİN BİRİNCİ VE İKİNCİ YASALARI

✪ Fizik. Termodinamik: Termodinamiğin birinci yasası. Foxford Çevrimiçi Öğrenim Merkezi

✪ Ders 5. Termodinamiğin II yasası. Entropi. Kimyasal denge

✪ Termodinamiğin birinci yasası. İç enerji

Altyazılar

Hikaye

Termodinamiğin ikinci yasası, ısının işe dönüştürülmesinin maksimum etkiyi sağladığı koşulları belirleyen, ısı motorlarının çalışma teorisi olarak ortaya çıktı. Termodinamiğin ikinci yasasının analizi, bu etkinin küçük büyüklüğünün - performans katsayısı (verimlilik) - ısı motorlarının teknik kusuruyla değil, kısıtlamalar getiren bir enerji aktarım yöntemi olarak ısının özelliğiyle belirlendiğini göstermektedir. değeri üzerine. Isı motorlarının çalışmasına ilişkin ilk teorik çalışmalar Fransız mühendis Sadi Carnot tarafından yapılmıştır. Isı motorlarının verimliliğinin termodinamik döngüye ve çalışma akışkanının doğasına bağlı olmadığı, tamamen harici kaynaklara (ısıtıcı ve buzdolabı) bağlı olarak belirlendiği sonucuna vardı. Carnot'un çalışması, ısı ve işin eşitliği ilkesinin keşfedilmesinden ve enerjinin korunumu yasasının genel olarak tanınmasından önce yazılmıştır. Carnot vardığı sonuçları iki çelişkili temele dayandırdı: Kısa sürede bir kenara atılan kalori teorisi ve hidrolik benzetme. Bir süre sonra R. Clausius ve W. Thomson-Kelvin, Carnot teoremini enerjinin korunumu yasasıyla uzlaştırdılar ve şu anda termodinamiğin ikinci yasasının içeriğini oluşturan şeyin temelini attılar.

Carnot teoremini doğrulamak ve ikinci yasayı daha da geliştirmek için yeni bir postulat eklemek gerekiyordu.

Termodinamiğin ikinci yasasının varsayımının en yaygın formülasyonları

Clausius'un Postülatı (1850):

Isı, daha soğuk bir cisimden daha sıcak bir cisme kendiliğinden aktarılamaz..

M. Planck tarafından formüle edilen Thomson-Kelvin postulatı (1852):

Tüm faaliyetleri ağırlık kaldırmaya ve termal rezervuarı soğutmaya indirgenmiş, periyodik olarak çalışan bir makine yapmak imkansızdır.

Makinenin çalışma sıklığının belirtilmesi önemlidir, çünkü bu mümkündür. dairesel olmayan süreç bunun tek sonucu termal rezervuardan alınan iç enerji nedeniyle iş üretimi olacaktır. Bu süreç Thomson-Kelvin varsayımıyla çelişmez çünkü süreç dairesel değildir ve bu nedenle makine periyodik olarak çalışmaz. Aslında Thomson'un varsayımı, tükenmez bir kaynaktan ısı alarak sürekli iş yapabilen ikinci türden bir sürekli hareket makinesi yaratmanın imkansızlığından bahsediyor. Başka bir deyişle, tek sonucu ısının telafisiz olarak işe dönüştürülmesi olan, yani ısının bir kısmının diğer cisimlere aktarılmadığı ve dolayısıyla iş elde etmek için geri dönülemez bir şekilde kaybedilmediği bir ısı makinesinin gerçekleştirilmesi imkansızdır.

Clausius ve Thomson'un önermelerinin eşdeğer olduğunu kanıtlamak kolaydır. Kanıt tam tersinden geliyor.

Clausius postülatının sağlanmadığını varsayalım. Bir çevrim sırasında çalışma maddesi sıcak bir kaynaktan bir miktar ısı alan bir ısı motorunu ele alalım. Ç 1 (\displaystyle Q_(1)), soğuk kaynağa bir miktar ısı verdi ve iş yaptı. Clausius postülasının varsayım olarak doğru olmaması nedeniyle, sıcak bir şekilde şunları söylemek mümkündür: Ç 2 (\displaystyle Q_(2))çevreyi değiştirmeden kaplıcaya dönün. Sonuç olarak soğuk kaynağın durumu değişmedi, sıcak kaynak çalışma maddesine verdiği ısı miktarını verdi. Ç 2 − Ç 1 (\displaystyle Q_(2)-Q_(1)) ve bu ısı nedeniyle makine işi yaptı A = Q 1 − Q 2 (\displaystyle A=Q_(1)-Q_(2)) Thomson'un önermesiyle çelişen bir durum.

Clausius ve Thomson-Kelvin'in önermeleri herhangi bir olgunun olasılığının reddi olarak formüle edilmiştir; yasağın varsayımları olarak. Yasaklamanın varsayımları, entropinin varlığı ilkesini doğrulamak için içeriğe ve modern gereksinimlere hiç uymuyor ve belirli bir yönün göstergesini içermeleri gerektiğinden, entropinin artması ilkesini doğrulama görevini tam olarak karşılamıyor Doğada gözlenen geri dönüşü olmayan olayların ve bunların zıt seyrinin olasılığını inkar etmemek.

• Planck'ın varsayımı (1926):

Sürtünme yoluyla ısı oluşumu geri döndürülemez.

Planck'ın varsayımı, ısının tamamen işe dönüşme olasılığının reddedilmesiyle birlikte, işin tamamen ısıya dönüşme olasılığı hakkında bir ifade içerir.

Klasik termodinamiğin ikinci yasasının modern formülasyonu.

Termodinamiğin ikinci yasası, herhangi bir denge sisteminde belirli bir durum fonksiyonunun - entropinin varlığı ve izole ve adyabatik olarak izole edilmiş sistemlerde herhangi bir işlem sırasında azalmaması hakkında bir ifadedir.

Başka bir deyişle termodinamiğin ikinci kanunu birleşik varoluş ilkesi ve entropinin artması.

Entropinin varlığı ilkesi klasik termodinamiğin ikinci yasasının, cisimlerin durumunun (termodinamik sistemler) ─ entropinin belirli bir fonksiyonunun varlığına ilişkin bir ifadesidir S (\displaystyle S) diferansiyeli toplam diferansiyel olan d S (\displaystyle dS) ve tersinir işlemlerde dışarıdan sağlanan temel ısı miktarının oranı olarak tanımlanır. δ Q arr ∗ (\displaystyle \delta Q_(\text(dizi))^(*)) vücudun (sistemin) mutlak sıcaklığına T (\displaystyle T):

D S arr = δ Q arr ∗ T (\displaystyle dS_(\text(arr))=(\frac (\delta Q_(\text(dizi))^(*))(T)))

Entropiyi artırma ilkesi durumlarındaki tüm gerçek değişim süreçlerinde izole edilmiş sistemlerin entropisindeki sürekli artışa ilişkin klasik termodinamiğin ikinci yasasının bir ifadesidir. (İzole edilmiş sistemlerin durumunu değiştirmenin tersine çevrilebilir süreçlerinde entropileri değişmez).

D S yalıtımlı ≥ 0 (\displaystyle dS_(\text(izole))\geq 0)

Klasik termodinamiğin ikinci yasasının matematiksel ifadesi:

D S = δ Q ∗ T ≥ 0 (\displaystyle dS=(\frac (\delta Q^(*))(T))\geq 0)

Entropinin istatistiksel tanımı

İstatistiksel fizikte entropi (S) (\displaystyle (S)) termodinamik sistem olasılığın bir fonksiyonu olarak kabul edilir (W) (\displaystyle (W)) durumu (“Boltzmann ilkesi”).

S = k l n W , (\displaystyle S=klnW,)

Nerede k (\displaystyle k)─ Boltzmann sabiti, W (\displaystyle W)─ belirli bir makro durumu gerçekleştiren mikro durumların sayısına göre belirlenen bir durumun termodinamik olasılığı.

Termodinamiğin ikinci yasasını doğrulama yöntemleri.

R. Clausius yöntemi

Clausius, ikinci yasayı doğrularken, çalışma akışkanı olarak ideal bir gazı kullanan, mekanik olarak bağlanmış iki tersinir ısı motorunun dairesel işlemlerini inceler ve ideal gazlar için Carnot teoremini (tersinir bir Carnot döngüsünün verimliliğine ilişkin bir ifade) kanıtlar. η = 1 − T 2 T 1 (\displaystyle \eta =1-(\frac (T_(2))(T_(1)))) ve ardından Clausius integrali adı verilen bir teoremi belirtir:

∮ ⁡ δ Q T = 0 (\displaystyle \oint (\frac (\delta Q)(T))=0)

Dairesel integralin eşitliğinden sıfıra kadar olan integralin, bazı durum fonksiyonlarının toplam diferansiyeli olduğu sonucu çıkar ─ S (\displaystyle S) ve aşağıdaki eşitlik, tersinir süreçler için entropinin varlığı ilkesinin matematiksel bir ifadesidir:

D S = δ Q T (\displaystyle dS=(\frac (\delta Q)(T)))

Daha sonra Clausius, tersinir ve tersinmez makinelerin verim eşitsizliğini kanıtlıyor ve sonuçta yalıtılmış sistemlerin entropisinin azalmadığı sonucuna varıyor: Clausius kullanılarak termodinamiğin ikinci yasasının oluşturulmasına ilişkin birçok itiraz ve yorum dile getirildi. Yöntem. İşte bunlardan bazıları:

1. Clausius, ideal gazlar için tersinir Carnot çevriminin verimliliğini ifade ederek entropinin varlığı ilkesinin inşasına başlar ve daha sonra bunu tüm tersinir çevrimlere genişletir. Böylece Clausius, Clapeyron denklemine uyan ideal gazların var olma olasılığını örtülü olarak varsayar. P v = R T (\displaystyle Pv=RT) ve Joule yasası u = sen (t) (\displaystyle u=u(t)) .

2. Carnot teoreminin gerekçesi hatalıdır, çünkü ispat şemasına fazladan bir koşul eklenmiştir - daha gelişmiş bir tersinir makineye her zaman bir ısı makinesi rolü atanır. Ancak bir soğutma makinesinin daha mükemmel bir makine olduğunu kabul edersek ve Clausius'un aksi önermesi yerine, ısının daha sıcak bir cisimden daha soğuk bir cisime kendiliğinden aktarılamayacağı yönündeki aksi ifadeyi kabul edersek, o zaman Carnot teoremi de aynı şekilde ispatlanmış olacaktır. . Dolayısıyla sonuç, entropinin varlığı ilkesinin kendiliğinden süreçlerin yönüne bağlı olmadığını ve tersinmezlik varsayımının entropinin varlığını kanıtlamanın temeli olamayacağını öne sürüyor.

3. Bir yasaklama varsayımı olarak Clausius varsayımı, doğada gözlemlenen geri dönüşü olmayan olayların ortaya çıkış yönünü karakterize eden açık bir ifade değildir, özellikle de ısının daha sıcak bir cisimden daha soğuk bir cisme kendiliğinden geçişi hakkında bir ifadedir, çünkü ifade ─ geçemiyorum ifadeye eşdeğer değil üzerinden geçer.

4. Geri döndürülemezlik ilkesinin olasılıksal doğası ve 1951'deki keşfi hakkında istatistiksel fiziğin sonuçları olağandışı (kuantum) sistemler Negatif mutlak sıcaklıklar, Kendiliğinden ısı transferinin ters yönde olduğu, ısının tamamen işe dönüşebildiği ve işin tamamen (kompanzasyonsuz) ısıya dönüştürülemediği bu ortamda Clausius, Thomson-Kelvin ve Planck'ın temel varsayımları sarsılmış, bazıları tamamen reddedilerek ve dayatılarak başkaları üzerinde ciddi kısıtlamalar.

Schiller – Carathéodory yöntemi

20. yüzyılda N. Schiller, C. Carathéodory, T. Afanasyeva - Ehrenfest, A. Gukhman ve N.I. Belokon, termodinamiğin ikinci yasasının kanıtlanmasında yeni bir aksiyomatik yön ortaya çıktı. Entropinin varlığı ilkesinin doğada gözlemlenen gerçek süreçlerin yönünden bağımsız olarak kanıtlanabileceği ortaya çıktı; Helmholtz'un belirttiği gibi, tersinmezlik ilkesinden hareketle mutlak sıcaklığı ve entropiyi belirlemek için ne dairesel süreçleri dikkate almak ne de ideal gazların varlığını varsaymak gerekli değildir. 1909'da önde gelen Alman matematikçi Constantin Carathéodory, entropinin varlığı ilkesini gerçek termodinamik sistemlerin durumlarını incelemenin bir sonucu olarak değil, tersine çevrilebilir ifadelerin matematiksel olarak değerlendirilmesine dayanarak kanıtladığı bir çalışma yayınladı. diferansiyel polinomlar (Pfaff formları) olarak ısı transferi. Daha önce, yüzyılın başında, N. Schiller benzer yapılara geldi, ancak çalışmaları, 1928'de T. Afanasyeva-Ehrenfest'e dikkat çekene kadar fark edilmedi.

Carathéodory'nin varsayımı (adyabatik ulaşılamazlık varsayımı).

Sistemin her denge durumunun yakınında, tersinir bir adyabatik süreç kullanılarak elde edilemeyen bu tür durumlar mümkündür.

Carathéodory'nin teoremi şunu belirtir: Pfaff diferansiyel polinomu, belirli bir noktanın rastgele yakınında, yol boyunca ardışık hareketlerle ulaşılamayan başka noktaların bulunması özelliğine sahipse, o zaman bu polinomun ve denklemin integral bölenleri vardır. ∑ X ben d x ben = 0 (\displaystyle \sum X_(i)dx_(i)=0).

M. Planck, Carathéodory'nin yöntemini eleştirdi. Ona göre Carathéodory'nin varsayımı görsel ve açık aksiyomlardan biri değil: "İçerdiği ifade genel olarak doğal süreçlere uygulanamaz... . Hiç kimse, herhangi bir belirli durumun tüm komşu durumlarını adyabatik bir şekilde elde etme hedefiyle deneyler yapmadı.” Planck, Carathéodory sistemini, şu varsayıma dayanan kendi sistemiyle karşılaştırıyor: "Sürtünme yoluyla ısı oluşumu geri döndürülemez", ona göre bu, termodinamiğin ikinci yasasının içeriğini tüketiyor. Bu arada Carathéodory yöntemi, T. Afanasyeva-Ehrenfest'in “Tersinmezlik, tek taraflılık ve termodinamiğin ikinci yasası” (1928) adlı çalışmasında büyük övgüler aldı. Afanasyeva-Ehrenfest dikkat çekici makalesinde bir dizi önemli sonuca varmıştır; özellikle:

1. İkinci yasanın ana içeriği, temel ısı miktarının δ Q (\displaystyle \delta Q) Sistemin yarı bir süreçte değiş tokuş ettiği şu şekilde temsil edilebilir: T d S (\displaystyle TdS), Nerede T = f (t) (\displaystyle T=f(t))─ mutlak sıcaklık adı verilen evrensel bir sıcaklık fonksiyonu ve (S) (\displaystyle (S))─ entropi adı verilen sistem durumu parametrelerinin fonksiyonu. Açıkçası ifade δ Q = T d S (\displaystyle \delta Q=TdS) mantıklı entropinin varlığı ilkesi.

2. Dengesiz süreçler ile dengede olanlar arasındaki temel fark, sıcaklık alanının homojen olmadığı koşullar altında, çevreyle ısı alışverişi olmadan sistemin farklı entropiye sahip bir duruma geçişinin mümkün olmasıdır. (Bu işleme daha sonra N.I. Belokon'un çalışmalarında “iç ısı değişimi” veya çalışma akışkanının ısı değişimi adı verildi.). Yalıtılmış bir sistemdeki dengesizlik sürecinin sonucu, sistemin tek taraflı olmasıdır.

3. Entropinin tek taraflı değişmesi, sürekli artması veya azalması kadar düşünülebilir. Gerçek süreçlerin adyabatik olarak erişilemezliği ve geri döndürülemezliği gibi fiziksel önkoşullar, kendiliğinden gerçekleşen süreçlerin akışının tercihli yönüne ilişkin herhangi bir gereksinimi ifade etmez.

4. Elde edilen sonuçları gerçek süreçlere yönelik deneysel verilerle uzlaştırmak için kapsamı bu verilerin uygulanabilirlik sınırlarıyla belirlenen bir varsayımın kabul edilmesi gerekir. Bu varsayım prensiptir entropi artışı.

Carathéodory'nin çalışmasını değerlendiren A. Gukhman, "biçimsel mantıksal titizlik ve matematiksel terimlerdeki kusursuzluk ile ayırt edildiğine" inanıyor... Aynı zamanda, en büyük genellik arayışı içinde, Carathéodory, sistemine o kadar soyut ve karmaşık bir biçim verdi ki, o zamanın fizikçilerinin çoğunluğu için neredeyse erişilemez olduğu ortaya çıktı." Adyabatik ulaşılamazlık varsayımıyla ilgili olarak Gukhman, fiziksel bir ilke olarak bunun, kendini kanıtlama özelliğine sahip olmadığı için evrensel öneme sahip bir teorinin temeli olamayacağını belirtiyor. "Basit bir...sistemle ilgili olarak her şey son derece açıktır... Ancak bu açıklık, kimyasal dönüşümlerle karmaşıklaşan ve dış alanlara maruz kalan heterojen bir sistemin genel durumunda tamamen kaybolur." Ayrıca Afanasyeva-Ehrenfest'in, entropinin varlığı sorununu, gerçek süreçlerin geri döndürülemezliği fikriyle bağlantılı her şeyden tamamen ayırma ihtiyacı konusunda ısrar etmekte ne kadar haklı olduğunu da anlatıyor.” Gukhman, termodinamiğin temellerinin inşasına ilişkin olarak şuna inanıyor: “Entropinin varlığına ilişkin bağımsız, ayrı bir sorun yoktur. Sorun, diğer tüm enerji etkileşimlerini inceleme deneyimine dayanarak geliştirilen ve temel etki miktarı için tekdüze bir denklemin kurulmasıyla sonuçlanan bir dizi kavramı termal etkileşim durumuna genişletmekle ilgilidir. d Q = P d x (\displaystyle dQ=Pdx) Bu ekstrapolasyon fikirlerin yapısı tarafından önerilmektedir. Kuşkusuz, bunun çok makul bir hipotez olarak kabul edilmesi için yeterli nedenler vardır ve dolayısıyla entropinin varlığını varsaymak.

N.I. Belokon, “Termodinamik” monografisinde, termodinamiğin ikinci yasasını, yalnızca tersinmezlik varsayımına dayanarak entropinin varlığı ve artışının birleşik bir ilkesi olarak doğrulamaya yönelik çok sayıda girişimin ayrıntılı bir analizini verdi. Böyle bir gerekçelendirme girişimlerinin termodinamiğin modern gelişim düzeyine karşılık gelmediğini ve haklı gösterilemeyeceğini gösterdi, çünkü ilk olarak, entropinin ve mutlak sıcaklığın varlığına ilişkin sonucun doğal olayların tersinmezliğiyle hiçbir ilgisi yoktur (bu işlevler mevcuttur) izole edilmiş sistemlerin entropisinin artması veya azalmasından bağımsız olarak), ikinci olarak, gözlemlenen geri döndürülemez olayların yönünün belirtilmesi, termodinamiğin ikinci yasasının genellik düzeyini azaltır ve üçüncü olarak, tamamen imkansız olduğuna dair Thomson-Planck varsayımının kullanılması. Isının işe dönüştürülmesi, ısının işe tamamen dönüştürülebildiği, ancak işin ısıya tamamen dönüştürülmesinin mümkün olmadığı negatif mutlak sıcaklığa sahip sistemlere ilişkin çalışmaların sonuçlarıyla çelişmektedir. T. Afanasyeva-Ehrenfest N.I. Belokon, entropinin varlığı ve artışı ilkelerinin içerik, genellik düzeyi ve uygulama kapsamındaki farklılığın oldukça açık olduğunu savunuyor:

1. Entropinin varlığı ilkesinden en önemli diferansiyellerin bir kısmı denklemler termodinamik, termodinamik süreçlerin ve maddenin fiziksel özelliklerinin incelenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır ve bilimsel önemi göz ardı edilemez.

2. Yalıtılmış sistemlerin entropisini arttırma ilkesi, doğada gözlemlenen olayların geri döndürülemez akışına ilişkin bir ifadedir. Bu prensip, fiziksel süreçlerin ve kimyasal reaksiyonların akışının en olası yönü hakkındaki kararlarda kullanılır ve her şey bundan kaynaklanır. eşitsizlikler termodinamik.

Entropinin varlığı ilkesinin Schiller ─ Carathéodory yöntemini kullanarak kanıtlanmasıyla ilgili olarak Belokon, bu yöntemi kullanarak varoluş ilkesini oluştururken, diferansiyel bölenlerin integrallerinin varlığına ilişkin koşullar hakkında Carathéodory teoremini kullanmanın kesinlikle gerekli olduğunu belirtiyor. polinomlar δ Q = ∑ X ben d x ben = τ d Z , (\displaystyle \delta Q=\sum X_(i)dx_(i)=\tau dZ,) ancak, bu teoremi kullanma ihtiyacının "çok kısıtlayıcı olduğu düşünülmelidir, çünkü söz konusu türdeki diferansiyel polinomların genel teorisi (Pfaffian formları) belirli zorluklar sunar ve yalnızca yüksek matematik üzerine özel çalışmalarda sunulur." Çoğu termodinamik dersinde, Carathéodory teoremi kanıt olmadan verilir veya kanıt, katı olmayan, basitleştirilmiş bir biçimde verilir. .

Denge sistemlerinin entropisinin varlığı ilkesinin yapısının C. Carathéodory, N.I. şemasına göre analiz edilmesi. Belokon, sıcaklığın aynı anda açılması olasılığı konusunda tamamen asılsız bir varsayımın kullanıldığına dikkat çekiyor t (\displaystyle t) ve ─ denge sisteminin durumunun bağımsız değişkenleri olarak işlev görür ve şu sonuca varır: Carathéodory'nin varsayımının diferansiyel polinomların entegre bölenlerinin varlığına ilişkin genel koşullar grubuna eşdeğer olduğu ∑ X ben d x i (\displaystyle \toplam X_(i)dx_(i)), Ancak yetersiz varlığını kurmak birincil entegre bölen τ (t) = T (\displaystyle \tau (t)=T) yani haklı çıkarmak mutlak sıcaklık ve entropinin varlığı ilkesi . Ayrıca şunu belirtiyor: “Mutlak sıcaklık ve entropinin varlığı ilkesini Carathéodory teoremine dayanarak oluştururken, adyabatik ve izotermin uyumsuzluğuna ilişkin teoreme eşdeğer bir varsayımın kullanılması gerektiği kesinlikle açıktır. Bu düzeltilmiş yapılarda Caratheodory varsayımı tamamen gereksiz hale gelir, çünkü bu varsayım adyabatik ve izotermin uyumsuzluğuna ilişkin gerekli teoremin özel bir sonucudur."

Yöntem N.I. Belokonya

N.I.'nin yöntemine göre gerekçe olarak. Belokon'un termodinamiğin ikinci yasası iki prensibe (yasalara) ayrılmıştır:

1. Mutlak sıcaklık ve entropinin varlığı ilkesi ( termostatiğin ikinci yasası).

2. Entropiyi artırma ilkesi( termodinamiğin ikinci yasası).

Bu ilkelerin her biri bağımsız önermeler temelinde gerekçelendirildi.

• Termostatiğin ikinci yasasının varsayımı (Belokonya).

Sıcaklık, kendiliğinden ısı transferinin yönünü belirleyen tek durum fonksiyonudur; termal dengede olmayan cisimler ve cisimlerin elemanları arasında, ısının zıt yönlerde eşzamanlı (denge yoluyla) transferi imkansızdır - daha fazla ısıtılmış cisimlerden daha az ısıtılmış cisimlere ve geriye doğru. .

Termostatiğin ikinci yasasının varsayımı nedenselliğin ve açık doğa yasalarının özel bir ifadesi . Örneğin, belirli bir sistemde ısının daha fazla ısıtılmış bir gövdeden daha az ısıtılmış bir gövdeye geçmesinin bir nedeni varsa, o zaman bu aynı neden, ısının ters yönde transferini ve bunun tersini de önleyecektir. Bu varsayım, geri dönüşü olmayan olayların yönüne göre tamamen simetriktir, çünkü dünyamızda - pozitif mutlak sıcaklıkların dünyası - geri dönüşü olmayan olayların gözlemlenen yönü hakkında herhangi bir gösterge içermez.

Termostatiğin ikinci yasasının sonuçları:

Sonuç I. İmkansız eşzamanlı(pozitif veya negatif mutlak sıcaklıkların aynı uzay-zaman sistemi içinde) ısının işe ve işin ısıya tamamen dönüştürülmesinin uygulanması.

Sonuç II. (adyabatik ve izoterm arasındaki uyumsuzluk teoremi). Aynı sistemin iki farklı adyabatı ile kesişen bir denge termodinamik sisteminin izoterminde ısı transferi sıfıra eşit olamaz.

Sonuç III (cisimlerin termal dengesi teoremi). İki termal olarak eşlenik gövdenin denge dairesel süreçlerinde (t ben = t ben ben) (\displaystyle (t_(I)=t_(I)I)) adyabatik olarak izole edilmiş bir sistem oluşturarak, her iki cisim de aynı anda orijinal adyabata ve orijinal durumuna geri döner.

Termostatiğin ikinci yasasının varsayımının sonuçlarına dayanarak, N.I. Belokon, tersinir ve tersinmez süreçler için mutlak sıcaklık ve entropinin varlığı ilkesinin oluşturulmasını önerdi δ Q = δ Q ∗ + Q ∗ ∗ T d S (\displaystyle \delta Q=\delta Q^(*)+Q^(**)TdS)

• Termodinamiğin ikinci yasasının varsayımı (artan entropi ilkesi).

Termodinamiğin ikinci yasasının varsayımı, pozitif mutlak sıcaklıklar dünyamızdaki karakteristik olaylardan birinin yönünü belirleyen bir ifade biçiminde önerilmektedir:

İş doğrudan ve tamamen dönüştürülebilir ve sürtünme veya elektrikli ısıtma yoluyla ısıtılabilir.

Sonuç I. Isı tamamen işe dönüştürülemez(Perpetuum mobile II türünün hariç tutulması ilkesi):

η < 1 {\displaystyle \eta <1}

.

Sonuç II. Herhangi bir tersinmez ısı motorunun (sırasıyla motor veya buzdolabı) dış kaynakların belirli sıcaklıklarındaki verimliliği veya soğutma kapasitesi, her zaman aynı kaynaklar arasında çalışan tersinir makinelerin verimliliğinden veya soğutma kapasitesinden daha azdır.

Gerçek ısı motorlarının verimliliğinde ve soğutma kapasitesinde bir azalma, süreçlerin denge akışının ihlali (ısı kaynaklarının ve çalışma akışkanının sıcaklıklarındaki fark nedeniyle denge dışı ısı transferi) ve işin geri dönüşü olmayan bir şekilde dönüştürülmesiyle ilişkilidir. ısı (sürtünme kayıpları ve iç direnç).

Termostatiğin ikinci yasasının bu doğal ve doğal sonucu I'den, I ve II tipi Perpetuum mobile'ı gerçekleştirmenin imkansızlığı doğrudan çıkar. Termodinamiğin ikinci yasasının varsayımına dayanarak, klasik termodinamiğin ikinci yasasının matematiksel ifadesi, entropinin varlığı ve artışının birleşik ilkesi olarak doğrulanabilir:

D S ≥ δ Q ∗ T (\displaystyle dS\geq (\frac (\delta Q^(*))(T)))

Doğal süreçler yönlülük ve tersinmezlik ile karakterize edilir, ancak bu kitapta açıklanan yasaların çoğu bunu en azından açıkça yansıtmamaktadır. Yumurtaları kırmak ve çırpılmış yumurta yapmak zor değildir ancak hazır çırpılmış yumurtalardan çiğ yumurta yeniden yaratmak imkansızdır. Açık bir parfüm şişesinden gelen koku odayı dolduruyor ama onu tekrar şişeye koyamıyorsunuz. Ve Evrende meydana gelen süreçlerin bu tür geri döndürülemezliğinin nedeni, görünürdeki basitliğine rağmen klasik fiziğin en zor ve çoğu zaman yanlış anlaşılan yasalarından biri olan termodinamiğin ikinci yasasında yatmaktadır.

Her şeyden önce, bu yasanın, farklı nesillerden fizikçiler tarafından farklı yıllarda önerilen, eşit derecede geçerli en az üç formülasyonu vardır. Aralarında hiçbir ortak nokta yokmuş gibi görünebilir ancak hepsi mantıksal olarak birbirine eşdeğerdir. İkinci yasanın herhangi bir formülasyonundan diğer ikisi matematiksel olarak türetilir.

Alman fizikçi Rudolf Clausius'a ait olan ilk formülasyonla başlayalım ( santimetre. Clapeyron-Clausius denklemi). İşte bu formülasyonun basit ve net bir örneği: Buzdolabından bir buz küpü alın ve lavaboya koyun. Bir süre sonra buz küpü eriyecektir çünkü sıcak gövdeden (hava) gelen ısı, daha soğuk gövdeye (buz küpü) aktarılır. Enerjinin korunumu yasası açısından bakıldığında, termal enerjinin tam olarak bu yönde aktarılmasının hiçbir nedeni yoktur: buz soğusa ve hava ısınsa bile, enerjinin korunumu yasası yine de yerine getirilecektir. Bunun gerçekleşmemesi, fiziksel süreçlerin daha önce bahsedilen yönünün tam olarak kanıtıdır.

Bu etkileşimi moleküler düzeyde ele alarak buz ve havanın neden bu şekilde etkileşime girdiğini kolaylıkla açıklayabiliriz. Moleküler kinetik teoriden sıcaklığın vücuttaki moleküllerin hareket hızını yansıttığını biliyoruz; moleküller ne kadar hızlı hareket ederse vücudun sıcaklığı da o kadar yüksek olur. Bu, hava moleküllerinin buz küpündeki su moleküllerinden daha hızlı hareket ettiği anlamına gelir. Deneyimlerimizin bize gösterdiği gibi, bir hava molekülü buzun yüzeyindeki bir su molekülüyle çarpıştığında, hızlı moleküller ortalama olarak yavaşlar, yavaş olanlar ise hızlanır. Böylece su molekülleri giderek daha hızlı hareket etmeye başlar veya aynı şekilde buzun sıcaklığı da artar. Isının havadan buza aktarıldığını söylediğimizde bunu kastediyoruz. Ve bu model çerçevesinde termodinamiğin ikinci yasasının ilk formülasyonu mantıksal olarak moleküllerin davranışından kaynaklanır.

Bir cisim belirli bir kuvvetin etkisi altında herhangi bir mesafe boyunca hareket ettiğinde iş yapılır ve çeşitli enerji biçimleri, sistemin belirli bir iş üretme yeteneğini tam olarak ifade eder. Moleküllerin kinetik enerjisini temsil eden ısı bir enerji türü olduğundan işe de dönüştürülebilir. Ancak yine yönlendirilmiş bir süreçle karşı karşıyayız. İşi %100 verimle ısıya dönüştürebilirsiniz - bunu arabanızda fren pedalına her bastığınızda yaparsınız: arabanızın tüm kinetik enerjisinin yanı sıra ayağınızın çalışması ve hidrolik fren sayesinde pedal üzerinde harcadığınız enerji balataların fren disklerine sürtünmesi sırasında sistem tamamen ısıya dönüşür. Termodinamiğin ikinci yasasının ikinci formülasyonu, bunun tersinin mümkün olmadığını belirtir. Termal enerjinin tamamını ne kadar işe dönüştürmeye çalışırsanız çalışın, çevreye ısı kayıpları kaçınılmazdır.

İkinci formülasyonu çalışırken göstermek zor değil. Arabanızın içten yanmalı motorunun silindirini hayal edin. İçine, piston tarafından yüksek basınca sıkıştırılan yüksek oktanlı bir yakıt karışımı enjekte edilir, ardından silindir kafası ile silindir duvarlarına sıkıca tutturulmuş serbest hareket eden bir piston arasındaki küçük bir boşlukta ateşlenir. Karışımın patlayıcı yanması sırasında, basıncı pistonu aşağı iten sıcak ve genişleyen yanma ürünleri şeklinde önemli miktarda ısı açığa çıkar. İdeal bir dünyada, açığa çıkan termal enerjinin kullanımında, onu tamamen pistonun mekanik işine dönüştürerek %100 verim elde edebiliriz.

Gerçek dünyada hiç kimse böylesine ideal bir motoru iki nedenden dolayı bir araya getiremez. İlk olarak, çalışma karışımının yanması sonucu silindir duvarları kaçınılmaz olarak ısınır, ısının bir kısmı rölantide kaybolur ve soğutma sistemi aracılığıyla çevreye boşaltılır. İkincisi, işin bir kısmı kaçınılmaz olarak sürtünme kuvvetinin üstesinden gelmeye gidiyor, bunun sonucunda yine silindir duvarları ısınıyor - başka bir ısı kaybı (en iyi motor yağında bile). Üçüncüsü, silindirin sıkıştırmanın başlangıç ​​noktasına dönmesi gerekir ve bu aynı zamanda ısının serbest bırakılmasıyla sürtünmenin üstesinden gelmek için yapılan boşa giden bir çalışmadır. Sonuç olarak elimizde şu var: En gelişmiş ısı motorları %50'den fazla olmayan bir verimlilikle çalışıyor.

Termodinamiğin ikinci yasasının bu yorumu, adını Fransız askeri mühendis Sadi Carnot'tan alan Carnot ilkesinin içinde yer almaktadır. Diğerlerinden daha önce formüle edilmişti ve uygulamalı bir yapıya sahip olmasına rağmen, gelecek nesiller için mühendislik teknolojisinin gelişimi üzerinde büyük bir etkiye sahipti. Herhangi bir ulusal ekonominin en önemli sektörü olan modern enerji açısından büyük önem kazanmaktadır. Günümüzde yakıt kaynaklarının kıtlığıyla karşı karşıya kalan insanlık, yine de örneğin kömür veya akaryakıtla çalışan termik santrallerin verimliliğinin %30-35'i geçmediği gerçeğine katlanmak zorunda kalıyor. Küresel ısınma tehlikesi karşısında yakıtın üçte ikisi boşuna yakılıyor, daha doğrusu atmosferi ısıtmak için tüketiliyor. Bu nedenle modern termik santraller devasa soğutma kuleleriyle kolayca tanınabilir - elektrik jeneratörlerinin türbinlerini soğutan su soğutulur ve fazla termal enerji çevreye salınır. Ve kaynak kullanımındaki bu kadar düşük verimlilik, modern tasarım mühendislerinin hatası değil, talihsizliğidir: onlar zaten Carnot döngüsünün izin verdiği maksimum seviyeye yaklaşıyorlar. Termal enerji kayıplarını önemli ölçüde azaltacak bir çözüm bulduğunu iddia edenler (örneğin, sürekli hareket eden bir makine tasarladılar), böylece termodinamiğin ikinci yasasını zekalarıyla alt ettiklerini iddia ediyorlar. Lavabodaki buz küpünün oda sıcaklığında erimemesini, aksine daha fazla soğumasını ve böylece havayı ısıtmasını nasıl sağlayacaklarını bildiklerini de iddia edebilirler.

Termodinamiğin ikinci yasasının üçüncü formülasyonu, genellikle Avusturyalı fizikçi Ludwig Boltzmann'a atfedilir ( santimetre. Boltzmann sabiti belki de en iyi bilinenidir. Entropi sistemin bozukluğunun göstergesidir. Entropi ne kadar yüksek olursa, sistemi oluşturan maddi parçacıkların hareketi de o kadar kaotik olur. Boltzmann, bir sistemin düzen derecesinin doğrudan matematiksel açıklaması için bir formül geliştirmeyi başardı. Örnek olarak su kullanarak bunun nasıl çalıştığını görelim. Sıvı halde su, moleküller birbirine göre serbestçe hareket ettiğinden ve uzaysal yönelimleri isteğe bağlı olabileceğinden oldukça düzensiz bir yapıdır. Buz başka bir konudur - içinde su molekülleri kristal kafese dahil edilerek sıralanır. Boltzmann'ın termodinamiğin ikinci yasasının formülasyonu, nispeten konuşursak, buzun eriyip suya dönüştüğünü (düzen derecesinde bir azalma ve entropide bir artışın eşlik ettiği bir süreç) asla sudan yeniden doğmayacağını belirtir. Bir kez daha geri dönüşü olmayan bir doğal fiziksel olgunun örneğini görüyoruz.

Burada, bu formülasyonda termodinamiğin ikinci yasasının entropinin hiçbir yerde ve hiçbir zaman azalamayacağını beyan ettiği gerçeğinden bahsetmediğimizi anlamak önemlidir. Sonunda eriyen buz tekrar dondurucuya yerleştirilebilir ve yeniden dondurulabilir. Mesele şu ki, entropi azalamaz kapalı sistemler- yani dışarıdan enerji temini almayan sistemlerde. Çalışan bir buzdolabı, elektrik şebekesine bağlı olduğundan ve dışarıdan enerji aldığından (sonuçta onu üreten enerji santrallerinden) izole edilmiş bir kapalı devre sistemi değildir. Bu durumda, kapalı sistem bir buzdolabı, artı kablolama, artı yerel bir trafo merkezi, artı birleşik bir güç kaynağı ağı ve enerji santrallerinden oluşacaktır. Ve enerji santrallerinin soğutma kulelerinden rastgele buharlaşma sonucu oluşan entropi artışı, buzdolabınızdaki buzun kristalleşmesi nedeniyle oluşan entropi azalmasından kat kat daha fazla olduğundan, termodinamiğin ikinci yasası hiçbir şekilde ihlal edilmez.

Ve bunun ikinci prensibin başka bir formülasyonuna yol açtığına inanıyorum: Buzdolabı fişe takılmadığı sürece çalışmaz.

§6 Entropi

Tipik olarak, bir sistemin bir durumdan diğerine geçtiği herhangi bir süreç, bu sürecin ters yönde gerçekleştirilmesinin imkansız olacağı şekilde ilerler, böylece sistem, çevredeki cisimlerde herhangi bir değişiklik meydana gelmeden aynı ara durumlardan geçer. . Bunun nedeni, işlem sırasında enerjinin bir kısmının örneğin sürtünme, radyasyon vb. nedeniyle dağılmasıdır. Dolayısıyla. Doğadaki hemen hemen tüm süreçler geri döndürülemez. Her süreçte bir miktar enerji kaybolur. Enerji dağılımını karakterize etmek için entropi kavramı tanıtıldı. ( Entropi değeri karakterize eder sistemin termal durumu ve vücudun belirli bir durumunun uygulanma olasılığını belirler. Belirli bir durumun olasılığı ne kadar yüksekse, entropi de o kadar büyük olur.) Tüm doğal süreçlere entropi artışı eşlik eder. Entropi, yalnızca kapalı bir sistemde, yani bu sistemin dışındaki cisimlerle enerji alışverişinin olmadığı bir sistemde meydana gelen idealleştirilmiş tersinir bir süreç durumunda sabit kalır.

Entropi ve termodinamik anlamı:

Entropi- bu, sistemin durumunun bir fonksiyonudur; tersinir bir süreçteki sonsuz küçük değişim, bu süreçte verilen sonsuz küçük ısı miktarının, verildiği sıcaklığa oranına eşittir.

Tersine çevrilebilir son bir süreçte entropideki değişiklik aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:

burada integral sistemin başlangıç ​​durumu 1'den son durumu 2'ye alınır.

Entropi bir durum fonksiyonu olduğundan integralin özelliğihesaplandığı konturun (yol) şeklinden bağımsız olmasıdır, bu nedenle integral yalnızca sistemin başlangıç ​​ve son durumları tarafından belirlenir;

• Herhangi bir tersinir süreçte entropi değişimi 0'dır

(1)

• Termodinamikte kanıtlanmıştır kiSgeri dönüşü olmayan bir döngüye giren sistem artar

Δ S> 0 (2)

(1) ve (2) numaralı ifadeler yalnızca kapalı sistemlere ilişkindir; eğer sistem dış ortamla ısı alışverişinde bulunuyorsa;Sher şekilde davranabilir.

İlişkiler (1) ve (2) Clausius eşitsizliği olarak temsil edilebilir

ΔS ≥ 0

onlar. kapalı bir sistemin entropisi ya artabilir (geri döndürülemez süreçler durumunda) ya da sabit kalabilir (tersinir süreçler durumunda).

Sistem durum 1'den durum 2'ye denge geçişi yaparsa entropi değişir

Nerede dÜ Ve δABelirli bir süreç için yazılmıştır. Bu formüle göre ΔSbir toplamsal sabite kadar belirlenir. Fiziksel bir anlamı olan entropinin kendisi değil, entropilerdeki farktır. İdeal gaz süreçlerinde entropi değişimini bulalım.

onlar. entropi değişiklikleriS Δ S 1→2 İdeal bir gazın 1. durumdan 2. duruma geçişi sırasındaki değişimi prosesin türüne bağlı değildir.

Çünkü adyabatik bir süreç için δQ = 0 ise Δ S= 0 => S= sabit yani sabit entropide adyabatik tersinir bir süreç meydana gelir. Bu yüzden izentropik olarak adlandırılır.

İzotermal bir süreçte (T= sabit; T 1 = T 2 : )

İzokorik bir süreçte (V= sabit; V 1 = V 2 ; )

Entropi, toplanabilirlik özelliğine sahiptir: Bir sistemin entropisi, sisteme dahil olan cisimlerin entropilerinin toplamına eşittir.S = S 1 + S 2 + S 3 + ... Moleküllerin termal hareketi ile diğer hareket biçimleri arasındaki niteliksel fark, onun rastgeleliği ve düzensizliğidir. Bu nedenle, termal hareketi karakterize etmek için moleküler düzensizliğin derecesinin niceliksel bir ölçümünü yapmak gerekir. Belirli ortalama parametre değerlerine sahip bir vücudun herhangi bir makroskobik durumunu düşünürsek, bu, hacmin farklı kısımlarındaki moleküllerin dağılımında ve dağılmış olarak birbirinden farklı olan yakın mikro durumların sürekli değişiminden başka bir şeydir. Moleküller arasındaki enerji. Sürekli değişen bu mikrodurumların sayısı, tüm sistemin makroskobik durumunun düzensizlik derecesini karakterize eder.wbelirli bir mikrodurumun termodinamik olasılığı denir. Termodinamik olasılıkwBir sistemin durumu, makroskobik bir sistemin belirli bir durumunun gerçekleştirilebileceği yolların sayısı veya belirli bir mikro durumu uygulayan mikro durumların sayısıdır (w≥ 1 ve matematiksel olasılık ≤ 1 ).

Bir olayın sürprizinin ölçüsü olarak, olasılığının eksi işaretiyle logaritmasının alınmasına karar verildi: durumun sürprizi şuna eşittir:-

Boltzmann'a göre entropiSsistemler ve termodinamik olasılık birbiriyle şu şekilde ilişkilidir:

Nerede - Boltzmann sabiti (). Böylece entropi, belirli bir mikrodurumun gerçekleştirilebileceği durum sayısının logaritması ile belirlenir. Entropi, t/d sisteminin durumunun olasılığının bir ölçüsü olarak düşünülebilir. Boltzmann'ın formülü entropiye aşağıdaki istatistiksel yorumu vermemizi sağlar. Entropi bir sistemin düzensizliğinin ölçüsüdür. Aslında, belirli bir mikro durumu gerçekleştiren mikro durumların sayısı arttıkça entropi de artar. Sistemin denge durumunda - sistemin en olası durumu - mikro durumların sayısı maksimumdur ve entropi de maksimumdur.

Çünkü gerçek süreçler geri döndürülemez, o zaman kapalı bir sistemdeki tüm süreçlerin entropisinde bir artışa - entropinin artması ilkesine - yol açtığı iddia edilebilir. Entropinin istatistiksel yorumunda bu, kapalı bir sistemdeki süreçlerin, mikrodurumların sayısını artırma yönünde, yani daha az olası durumlardan daha olası durumlara doğru, durumun olasılığı maksimum olana kadar ilerlediği anlamına gelir.

§7 Termodinamiğin ikinci yasası

Enerjinin korunumu ve enerji dönüşümü yasasını ifade eden termodinamiğin birinci yasası, t/d süreçlerinin akış yönünü belirlememize izin vermez. Ayrıca birbiriyle çelişmeyen birçok süreç hayal edilebilir.BENenerjinin korunduğu başlangıca t/d'ye kadar, ancak doğada gerçekleşmezler. İkinci başlangıç ​​t/d'nin olası formülasyonları:

1) geri dönüşü olmayan süreçler sırasında kapalı bir sistemin entropisinin artması yasası: kapalı bir sistemdeki geri dönüşü olmayan herhangi bir süreç, sistemin entropisinin Δ artacağı şekilde gerçekleşirS≥ 0 (geri dönüşü olmayan süreç) 2) ΔS≥ 0 (S= 0 tersinir için ve ΔSGeri dönüşü olmayan bir süreç için ≥ 0)

Kapalı bir sistemde meydana gelen işlemlerde entropi azalmaz.

2) Boltzmann'ın formülünden S = , dolayısıyla entropideki bir artış, sistemin daha az olası bir durumdan daha olası bir duruma geçişi anlamına gelir.

3) Kelvin'e göre: Dairesel bir işlem mümkün değildir, bunun tek sonucu ısıtıcıdan alınan ısının kendisine eşdeğer işe dönüştürülmesidir.

4) Clausius'a göre: Dairesel bir süreç mümkün değildir; bunun tek sonucu, ısının daha az ısıtılmış bir cisimden daha fazla ısıtılmış bir cisme aktarılmasıdır.

0 K'deki t/d sistemlerini tanımlamak için Nernst-Planck teoremi (t/d'nin üçüncü yasası) kullanılır: denge durumundaki tüm cisimlerin entropisi, sıcaklık 0 K'ye yaklaştıkça sıfıra yönelir.

teoremden Nernst-Planck'tan şu sonuç çıkıyorC p = C v = 0, 0'da İLE

§8 Isıtma ve soğutma makineleri.

Carnot çevrimi ve verimliliği

Kelvin'e göre t/d'nin ikinci yasasının formülasyonundan, ikinci türden bir sürekli hareket makinesinin imkansız olduğu sonucu çıkar. (Sürekli hareket makinesi, bir ısı kaynağını soğutarak iş yapan, periyodik olarak çalışan bir motordur.)

Termostat sıcaklığı değiştirmeden cisimlerle ısı alışverişi yapabilen bir t/d sistemidir.

Bir ısı motorunun çalışma prensibi: sıcaklıklı bir termostattan T 1 - ısıtıcı, döngü başına uzaklaştırılan ısı miktarıQ 1 ve sıcaklık ayarlı termostat T 2 (T 2 < T 1) - buzdolabına döngü başına aktarılan ısı miktarıQ 2 , iş yapılırken A = Q 1 - Q 2

Döngüsel süreç veya döngü Bir sistemin bir dizi durumdan geçtikten sonra orijinal durumuna döndüğü bir süreçtir. Durum diyagramında bir çevrim kapalı bir eğri olarak gösterilir. İdeal bir gazın gerçekleştirdiği çevrim genleşme (1-2) ve sıkıştırma (2-1) süreçlerine bölünebilir; genleşme işi pozitiftir A 1-2 > 0, çünküV 2 > V 1 sıkıştırma işi negatiftir A 1-2 < 0, т.к. V 2 < V 1 . Sonuç olarak, gazın çevrim başına yaptığı iş, 1-2-1 kapalı eğrisinin kapsadığı alan tarafından belirlenir. Bir döngü sırasında pozitif iş yapılırsa (saat yönünde döngü), o zaman döngü ileri olarak çağrılır, eğer ters bir döngü ise (döngü saat yönünün tersine gerçekleşir).

Doğrudan çevrimısı motorlarında kullanılır - dışarıdan alınan ısıyı kullanarak iş yapan periyodik olarak çalışan motorlar. Ters çevrim, soğutma makinelerinde kullanılır - dış kuvvetlerin çalışması nedeniyle ısının daha yüksek sıcaklığa sahip bir gövdeye aktarıldığı periyodik olarak çalışan tesisler.

Döngüsel süreç sonucunda sistem orijinal durumuna geri döner ve dolayısıyla iç enerjideki toplam değişim sıfır olur. Daha sonraІ dairesel süreç için t/d'yi başlat

Q= Δ sen+ A= A,

Yani çevrim başına yapılan iş dışarıdan alınan ısı miktarına eşittir, ancak

Q= Q 1 - Q 2

Q 1 - miktar sistem tarafından alınan ısı,

Q 2 - miktar sistem tarafından verilen ısı.

Termal verimlilik dairesel bir işlem için sistem tarafından yapılan işin sisteme sağlanan ısı miktarına oranına eşittir:

η = 1 için koşulun sağlanması gerekirQ 2 = 0, yani Bir ısı makinesinin bir ısı kaynağı olması gerekirQ 1 , ancak bu t/d'nin ikinci yasasıyla çelişir.

Bir ısı motorunda meydana gelen işlemin tersi, bir soğutma makinesinde kullanılır.

Sıcaklık ile termostattan T 2 ısı miktarı alınırQ 2 ve sıcaklıkla birlikte termostata iletilirT 1 , ısı miktarıQ 1 .

Q= Q 2 - Q 1 < 0, следовательно A< 0.

İş yapmadan, daha az ısıtılmış bir vücuttan ısıyı alıp daha ısıtılmış bir gövdeye vermek imkansızdır.

Carnot, t/d'nin ikinci yasasına dayanarak bir teorem türetti.

Carnot teoremi: aynı ısıtıcı sıcaklıklarına sahip periyodik olarak çalışan tüm ısı motorlarından ( T 1) ve buzdolapları ( T 2), en yüksek verimlilik. geri dönüşümlü makineler var. Yeterlik eşit değerde tersinir makineler T 1 ve T 2 eşittir ve çalışma akışkanının doğasına bağlı değildir.

Çalışan bir cisim, dairesel bir işlem gerçekleştiren ve diğer cisimlerle enerji alışverişinde bulunan bir cisimdir.

Carnot çevrimi, 2 izoterm ve 2 adiabattan oluşan, tersinir, en ekonomik çevrimdir.

1-2 izotermal genleşme T 1 ısıtıcı; gaza ısı verilirQ 1 ve iş bitti

2-3 - adiabat. genişleme, gaz işe yarıyorA 2-3 >0 dış gövdelerin üstünde.

3-4 izotermal sıkıştırma T 2 buzdolabı; ısı giderilirQ 2 ve iş bitti;

4-1-adyabatik sıkıştırma, gaz üzerinde iş yapılır 4-1 <0 внешними телами.

İzotermal bir süreçtesen= sabit, yani Q 1 = A 12

1

Adyabatik genişleme sırasındaQ 2-3 = 0 ve gaz işi A 23 iç enerjiyle gerçekleştirilir bir 23 = - sen

Isı miktarıQ 2 İzotermal sıkıştırma sırasında gazın buzdolabına verdiği sıkıştırma işine eşittir A 3-4

2

Adyabatik sıkıştırma çalışması

Döngüsel bir süreç sonucunda yapılan iş

A = A 12 + A 23 + A 34 + A 41 = Q 1 + A 23 - Q 2 - A 23 = Q 1 - Q 2

ve 1-2-3-4-1 eğrisinin alanına eşittir.

Termal verimlilik Carnot döngüsü

2-3 ve 3-4 süreçleri için adyabatik denklemden şunu elde ederiz:

Daha sonra

onlar. yeterlik Carnot çevrimi yalnızca ısıtıcı ve buzdolabının sıcaklıkları tarafından belirlenir. Verimliliği artırmak için farkı artırmak lazım T 1 - T 2 .

******************************************************* ******************************************************

Soldaki çizimde: Hıristiyan muhafazakarların termodinamiğin ikinci yasasına karşı protestosu. Posterlerdeki yazılar: “entropi” kelimesinin üzeri çizilmiş; “Bilimin ve oy vermenin temel ilkelerini kabul etmiyorum.”

TERMODİNAMİĞİN İKİNCİ YASASI VE YARATILIŞ SORULARI

2000'li yılların başında, bir grup Hıristiyan muhafazakar, temel bir bilimsel prensibin, termodinamiğin ikinci yasasının (soldaki fotoğrafa bakın) kaldırılmasını talep etmek için Kongre Binası'nın (Kansas, ABD) merdivenlerinde toplandı. Bunun nedeni, Evrenin termal ölümünü öngördüğü için bu fiziksel yasanın Yaratıcıya olan inançlarıyla çeliştiğine inanmalarıydı. Göstericiler, böyle bir geleceğe doğru ilerleyen bir dünyada yaşamak ve çocuklarına bunu öğretmek istemediklerini söyledi. Termodinamiğin ikinci yasasına karşı yürütülen kampanyaya liderlik eden kişi, yasanın "çocuklarımızın evreni yardımsever ve sevgi dolu bir Tanrı tarafından yaratılmış bir dünya olarak algılamasını tehdit ettiğine" inanan Kansas eyaleti senatöründen başkası değil.

Bu paradoksaldır, ancak aynı ABD'de, Yaratılış Araştırma Enstitüsü başkanı Duane Gish'in liderliğindeki başka bir Hıristiyan hareketi - yaratılışçılar - tam tersine, termodinamiğin ikinci yasasını bilimsel olarak değerlendirmekle kalmıyor, aynı zamanda ona şevkle başvuruyor. dünyanın tanrı tarafından yaratıldığını kanıtlamak. Ana argümanlarından biri, etraftaki her şeyin yaratılmaktan ziyade kendiliğinden yok olmaya eğilimli olması nedeniyle yaşamın kendiliğinden ortaya çıkamayacağıdır.

Bu iki Hıristiyan hareketi arasındaki bu kadar çarpıcı çelişki göz önüne alındığında, mantıksal bir soru ortaya çıkıyor: Bunlardan hangisi doğru? Ve kimse haklı mı?

Bu makalede termodinamiğin ikinci yasasını uygulamanın mümkün olduğu ve nerede imkansız olduğuna ve bunun Yaradan'a olan inanç meseleleriyle nasıl bağlantılı olduğuna bakacağız.

TERMODİNAMİĞİN İKİNCİ YASASI NEDİR

Termodinamikısı ve diğer enerji formlarının ilişkilerini ve dönüşümlerini inceleyen bir fizik dalıdır. Termodinamiğin ilkeleri (bazen kanunları) adı verilen birkaç temel prensibe dayanmaktadır. Bunların arasında en ünlüsü muhtemelen ikinci prensiptir.

Termodinamiğin tüm ilkelerine kısa bir genel bakış yaparsak, bunlar kısaca aşağıdaki gibidir: İlk başlangıç termodinamik sistemlere uygulanan enerjinin korunumu yasasını temsil eder. Özü, ısının özel bir enerji biçimi olması ve enerjinin korunumu ve dönüşümü yasasında dikkate alınması gerektiğidir. İkinci başlangıç termodinamik süreçlerin yönüne kısıtlamalar getirerek, ısının daha az ısıtılmış gövdelerden daha fazla ısıtılmış gövdelere kendiliğinden aktarılmasını yasaklar. Bundan ayrıca ısıyı yüzde yüz verimlilikle işe dönüştürmenin imkansız olduğu sonucu çıkıyor (çevre kayıpları kaçınılmazdır). Buna dayanarak sürekli hareket makinesi yaratmayı imkansız hale getiriyor. Üçüncü başlangıç herhangi bir fiziksel cismin sıcaklığının sonlu bir sürede mutlak sıfıra getirilmesinin mümkün olmadığını, yani mutlak sıfıra ulaşılamayacağını belirtmektedir. Sıfır (veya ortak) başlangıç Bazen izole edilmiş bir sistemin, başlangıç ​​durumu ne olursa olsun, sonunda termodinamik denge durumuna gelmesi ve onu kendi başına bırakamaması ilkesi olarak da anılır. Termodinamik denge, sistemin bir kısmından diğerine ısı transferinin olmadığı bir durumdur. (İzole sistemin tanımı aşağıda verilmiştir.)

Termodinamiğin ikinci yasasının yukarıda verilenlere ek olarak başka formülasyonları da vardır. Yaratılışla ilgili bahsettiğimiz tüm tartışmalar bunlardan birinin etrafında dönüyor. Bu formülasyon aşina olmamız gereken entropi kavramıyla ilgilidir.

Entropi(bir tanıma göre) bir sistemin düzensizliğinin veya kaosunun göstergesidir. Basit bir ifadeyle, bir sistemde ne kadar çok kaos hüküm sürerse, sistemin entropisi de o kadar yüksek olur. Termodinamik sistemler için entropi ne kadar yüksek olursa, sistemi oluşturan maddi parçacıkların (örneğin moleküllerin) hareketi de o kadar kaotik olur.

Zamanla bilim insanları entropinin daha geniş bir kavram olduğunu ve yalnızca termodinamik sistemlere uygulanamayacağını fark etti. Genel olarak, herhangi bir sistemde değişebilen - artabilen veya azalabilen belirli miktarda kaos vardır. Bu durumda entropiden bahsetmek yerinde olur. İşte bazı örnekler:

· Bir bardak su. Su donar ve buza dönüşürse, molekülleri bir kristal kafese bağlanır. Bu, suyun erimesi ve moleküllerin rastgele hareket etmesi durumundan daha büyük bir düzene (daha az entropi) karşılık gelir. Bununla birlikte, erimiş olan su, içinde bulunduğu cam olan şeklini hala korur. Su buharlaşırsa moleküller daha da yoğun hareket eder ve kendilerine sağlanan hacmin tamamını kaplayarak daha da düzensiz hareket ederler. Böylece entropi daha da artar.

· Güneş sistemi. Onda hem düzeni hem de düzensizliği gözlemleyebilirsiniz. Gezegenler yörüngelerinde öyle bir hassasiyetle hareket ediyorlar ki, gökbilimciler herhangi bir zamanda onların konumlarını binlerce yıl önceden tahmin edebiliyorlar. Bununla birlikte, güneş sisteminde daha düzensiz hareket eden birkaç asteroit kuşağı vardır; bunlar çarpışır, parçalanır ve bazen başka gezegenlere düşer. Kozmologlara göre, başlangıçta tüm güneş sistemi (Güneş hariç) daha sonra katı gezegenlerin oluştuğu bu tür asteroitlerle doluydu ve bu asteroitler şu ana göre daha da kaotik bir şekilde hareket ediyordu. Eğer bu doğruysa, güneş sisteminin entropisi (Güneş hariç) başlangıçta daha yüksekti.

· Gökada. Galaksi, merkezi etrafında hareket eden yıldızlardan oluşur. Ancak burada bile belli miktarda düzensizlik var: yıldızlar bazen çarpışıyor, hareket yönünü değiştiriyor ve karşılıklı etki nedeniyle yörüngeleri ideal değil, biraz kaotik bir şekilde değişiyor. Yani bu sistemde entropi sıfır değildir.

· Çocuk odası. Küçük çocuğu olanlar genellikle entropi artışını kendi gözleriyle gözlemlemek zorunda kalırlar. Temizliği yaptıktan sonra daire göreceli bir düzene kavuşur. Ancak bir veya iki çocuğun birkaç saat (ve bazen daha az) uyanık halde orada kalması, bu dairenin entropisinin önemli ölçüde artması için yeterlidir...

Son örnek sizi gülümsettiyse, büyük olasılıkla entropinin ne olduğunu anlıyorsunuzdur.

Termodinamiğin ikinci yasasına dönecek olursak, dediğimiz gibi onun entropi kavramıyla ilişkilendirilen başka bir formülasyonu daha olduğunu hatırlayalım. Şöyle geliyor: yalıtılmış bir sistemde entropi azalamaz. Başka bir deyişle, kendisini çevreleyen dünyadan tamamen kopmuş bir sistemde düzensizlik kendiliğinden azalamaz; yalnızca artabilir veya aşırı durumlarda aynı düzeyde kalabilir.

Sıcak, kilitli bir odaya bir buz küpü koyarsanız, bir süre sonra eriyecektir. Ancak bu odada ortaya çıkan su birikintisi asla bir buz küpüne dönüşmeyecektir. Orada bir şişe parfüm açın, koku odaya yayılacaktır. Ama hiçbir şey onun şişeye geri dönmesini sağlayamaz. Oraya bir mum yakarsan yanacaktır ama hiçbir şey dumanın tekrar muma dönüşmesini sağlayamaz. Tüm bu süreçler yönlülük ve geri döndürülemezlik ile karakterize edilir. Sadece bu odada değil, tüm Evrende meydana gelen süreçlerin bu kadar geri döndürülemezliğinin nedeni tam olarak termodinamiğin ikinci yasasında yatmaktadır.

TERMODİNAMİĞİN İKİNCİ YASASI NELERE UYGULANIR?

Ancak bu yasa, tüm görünürdeki basitliğine rağmen, klasik fiziğin en zor ve sıklıkla yanlış anlaşılan yasalarından biridir. Gerçek şu ki, formülasyonunda bazen yeterince dikkat edilmeyen bir kelime var - bu "izole edilmiş" kelimesi. Termodinamiğin ikinci yasasına göre entropi (kaos) yalnızca yalıtılmış sistemlerde azalamaz. Kanun budur. Ancak diğer sistemlerde bu artık bir yasa değildir ve entropi artabilir veya azalabilir.

Yalıtılmış sistem nedir? Termodinamik açısından genel olarak ne tür sistemlerin mevcut olduğuna bakalım:

· Açık. Bunlar dış dünyayla madde (ve muhtemelen enerji) alışverişi yapan sistemlerdir. Örnek: bir araba (benzin, hava tüketir, ısı üretir).

· Kapalı. Bunlar dış dünyayla madde alışverişi yapmayan ancak onunla enerji alışverişi yapabilen sistemlerdir. Örnek: uzay gemisi (mühürlüdür ancak güneş panelleri kullanarak güneş enerjisini emer).

· İzole edilmiş (kapalı). Bunlar dış dünyayla madde ve enerji alışverişi yapmayan sistemlerdir. Örnek: termos (kapalı ve ısıyı korur).

Belirttiğimiz gibi, termodinamiğin ikinci yasası listelenen sistem türlerinin yalnızca üçüncüsü için geçerlidir.

Örnek vermek gerekirse, kilitli bir sıcak oda ve içinde eriyen bir buz parçasından oluşan bir sistemi hatırlayalım. İdeal durumda bu, yalıtılmış bir sisteme karşılık geliyordu ve entropisi arttı. Ancak şimdi dışarının şiddetli ayaz olduğunu ve pencereyi açtığımızı düşünelim. Sistem açıldı: Odaya soğuk hava akmaya başladı, odadaki sıcaklık sıfırın altına düştü ve daha önce su birikintisine dönüşen buz parçamız yeniden dondu.

Gerçek hayatta kilitli bir oda yalıtımlı bir sistem değildir çünkü aslında cam ve hatta tuğlalar ısının geçmesine izin verir. Yukarıda da belirttiğimiz gibi ısı da bir enerji türüdür. Dolayısıyla kilitli bir oda aslında izole bir oda değil, kapalı bir sistemdir. Tüm pencereleri ve kapıları sıkıca kapatsak bile, ısı yine de yavaş yavaş odadan çıkacak, donacak ve su birikintimiz de buza dönüşecektir.

Bir başka benzer örnek ise donduruculu bir odadır. Dondurucu kapalıyken sıcaklığı oda sıcaklığıyla aynı olur. Ancak onu açar açmaz soğumaya başlayacak ve sistemin entropisi azalmaya başlayacaktır. Bu, böyle bir sistemin kapalı hale gelmesi, yani ortamdan (bu durumda elektrik) enerji tüketmesi nedeniyle mümkün olmaktadır.

İlk durumda (bir parça buz içeren bir oda) sistemin çevreye enerji salması ve ikincisinde (donduruculu bir oda) tam tersine onu alması dikkat çekicidir. Ancak her iki sistemin de entropisi azaldı. Bu, termodinamiğin ikinci yasasının değişmez bir yasa olarak hareket etmeyi bırakması için, genel durumda önemli olanın enerji transferinin yönü değil, sistem ile sistem arasında böyle bir transferin varlığının olduğu anlamına gelir. dış dünya.

CANSIZ DOĞADA ENTROPİNİN AZALTILMASINA ÖRNEKLER. Yukarıda tartışılan sistem örnekleri insan tarafından yaratılmıştır. Cansız doğada aklın katılımı olmadan entropinin azaldığına dair herhangi bir örnek var mı? Evet, istediğin kadar.

	Kar taneleri. Oluşumları sırasında düzensiz hareket eden su buharı molekülleri düzenli bir kristal halinde birleşir. Bu durumda soğutma meydana gelir, yani enerji çevreye salınır ve atomlar enerji açısından kendileri için daha uygun bir pozisyon işgal eder. Bir kar tanesinin kristal kafesi, düzensiz hareket eden buhar moleküllerinden daha büyük bir düzene karşılık gelir.
	Tuz kristalleri. Pek çok kişinin okul yıllarından hatırlayabileceği bir deneyimde de benzer bir süreç gözlemleniyor. Konsantre bir tuz çözeltisi (örneğin, sofra tuzu veya bakır sülfat) içeren bir bardağa bir iplik indirilir ve çok geçmeden kaotik olarak çözünmüş tuz molekülleri, tuhaf şekilli güzel şekiller oluşturur.
	Fulguritler. Fulgurit, yere yıldırım düştüğünde kumdan oluşan bir şekildir. Bu süreçte enerji (yıldırım elektrik akımı) emilir ve kumun erimesine yol açar, bu da daha sonra katı bir şekil halinde katılaşır, bu da kaotik olarak dağılmış kumdan daha büyük bir düzene karşılık gelir.
	Gölet üzerinde su mercimeği. Tipik olarak, bir göletin yüzeyinde büyüyen su mercimeği, eğer yeterli miktarda varsa, göletin tüm alanını kaplama eğilimindedir. Su mercimeği ellerinizle itmeye çalışın, bir dakika içinde yerine dönecektir. Bununla birlikte, rüzgar estiğinde (bazen zorlukla algılanabilir), su mercimeği gölün bir kısmında birikir ve orada "sıkıştırılmış" bir halde bulunur. Rüzgar enerjisinin emilmesi nedeniyle entropi azalır.
	Azotlu bileşiklerin oluşumu. Her yıl dünya atmosferinde yaklaşık 16 milyon fırtına meydana geliyor ve bunların her birinde onlarca ve yüzlerce yıldırım düşüyor. Şimşek çakması sırasında atmosferin basit bileşenleri (nitrojen, oksijen ve nem) bitki büyümesi için gerekli olan daha karmaşık nitrojen bileşiklerine dönüşür. Bu durumda entropideki azalma, elektriksel yıldırım deşarjlarının enerjisinin emilmesinden kaynaklanmaktadır.
	Butlerov'un tepkisi. Bu kimyasal süreç aynı zamanda otokatalitik sentez olarak da bilinir. Karmaşık yapılı şeker molekülleri belli bir ortamda kendiliğinden büyüyerek geometrik ilerlemeyle kendi türlerini oluştururlar. Bu, bu tür moleküllerin kimyasal özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Butlerov reaksiyonunda kimyasal yapının düzenlenmesi ve dolayısıyla kaosun azaltılması da çevreyle enerji alışverişi nedeniyle ortaya çıkar.
	Volkanlar. Kaotik bir şekilde hareket eden magma molekülleri yüzeye çıkarak kristal bir kafes halinde katılaşır ve volkanik dağlar ve karmaşık şekilli kayalar oluşturur. Magmayı termodinamik bir sistem olarak düşünürsek, termal enerjinin çevreye salınması nedeniyle entropisi azalır.
	Ozon oluşumu. Oksijen molekülleri için enerji açısından en uygun durum O2'dir. Ancak sert kozmik radyasyonun etkisi altında çok sayıda molekül ozona (O3) dönüştürülür ve içinde oldukça uzun süre kalabilir. Bu süreç dünya atmosferinde serbest oksijen olduğu sürece sürekli olarak devam eder.
	Kumdaki delik. Nehirlerimizdeki suyun ne kadar kirli olduğunu herkes biliyor: İçinde çöp, yosun ve benzeri şeyler var ve hepsi birbirine karışmış durumda. Ancak kıyıya yakın kumda küçük bir delik var ve su içine akmıyor, içinden sızıyor. Aynı zamanda filtrelenir: eşit derecede kirli su, temiz ve hatta daha kirli suya bölünür. Entropi açıkça azalır ve bu, seviye farkından dolayı suyu nehirden deliğe sızmaya zorlayan yerçekimi kuvveti nedeniyle olur.
	Su birikintisi. Evet, evet, yağmurdan sonra kalan basit bir su birikintisi de entropinin kendiliğinden azalabileceğini gösteriyor! Termodinamiğin ikinci yasasına göre ısı, daha az ısıtılan cisimlerden daha çok ısıtılan cisimlere kendiliğinden aktarılamaz. Bununla birlikte, su birikintisindeki suyun sıcaklığı sürekli olarak toprağın ve çevredeki havanın sıcaklığından birkaç derece daha düşük tutulur (bunu evde bir tabak su ve bir termometre ile kontrol edebilirsiniz; bir kuru ve bir nem ölçerden oluşan bir higrometre). ıslak termometre de bu prensibe dayanmaktadır). Neden? Çünkü su birikintisi buharlaşır, daha hızlı moleküller yüzeyinden kopup buharlaşırken, daha yavaş olanlar kalır. Sıcaklık moleküler hareketin hızıyla ilişkili olduğundan, su birikintisinin daha sıcak ortama göre sürekli olarak kendi kendine soğuduğu ortaya çıktı. Bu nedenle su birikintisi açık bir sistemdir, çünkü çevreyle sadece enerji değil, aynı zamanda madde alışverişinde bulunur ve içindeki süreçler açıkça termodinamiğin ikinci yasasının gösterdiğinin tersi yönde ilerler.

Eğer akıllıysanız ve biraz vakit ayırırsanız buna benzer binlerce örneği hatırlayıp yazabilirsiniz. Listelenen durumların çoğunda, entropideki azalmanın izole bir kaza değil, bir kalıp olduğunu - buna yönelik eğilimin bu tür sistemlerin yapısının doğasında var olduğunu belirtmek önemlidir. Dolayısıyla uygun koşullar oluştuğunda her zaman ortaya çıkar ve bu koşullar var olduğu sürece çok uzun süre devam edebilir. Tüm bu örnekler ne entropiyi azaltan karmaşık mekanizmaların varlığını ne de aklın müdahalesini gerektirir.

Elbette sistem izole değilse içindeki entropinin azalmasına hiç de gerek yoktur. Aksine, kendiliğinden daha sık meydana gelen entropi artışı, yani kaos artışıdır. Her halükarda, denetimsiz ve bakımsız bırakılan her şeyin, kural olarak, iyileşmek yerine bozularak kullanılamaz hale gelmesine alışığız. Hatta bunun maddi dünyanın belirli bir temel özelliği olduğu bile söylenebilir - kendiliğinden bozulma arzusu, entropiyi artırmaya yönelik genel eğilim.

Ancak bu alt başlık, bu genel eğilimin yalnızca izole sistemlerde geçerli olduğunu göstermiştir. Diğer sistemlerde entropinin artması bir yasa değildir; her şey belirli bir sistemin özelliklerine ve içinde bulunduğu koşullara bağlıdır. Tanım gereği termodinamiğin ikinci yasası bunlara uygulanamaz. Açık veya kapalı sistemlerden birinde entropi artsa bile, bu termodinamiğin ikinci yasasının yerine getirilmesi değil, yalnızca bir bütün olarak maddi dünyanın karakteristiği olan entropiyi artırmaya yönelik genel eğilimin bir tezahürüdür, ancak mutlak olmaktan uzak.

TERMODİNAMİĞİN İKİNCİ YASASI VE EVRENİMİZ

Hevesli bir gözlemci yıldızlı gökyüzüne baktığında, deneyimli bir gökbilimci ona teleskopla baktığında, her ikisi de onun sadece güzelliğini değil, aynı zamanda bu makrokozmosta hüküm süren muhteşem düzeni de gözlemleyebilir.

Peki bu sıralama, evreni Allah'ın yarattığını kanıtlamak için kullanılabilir mi? Şöyle bir mantık yürütmek doğru olur mu: Evren, termodinamiğin ikinci yasasına göre kaosa girmediğine göre, bu onun Tanrı tarafından kontrol edildiğini kanıtlar mı?

Belki de evet diye düşünmeye alışkınsınız. Ama aslında sanılanın aksine hayır. Daha doğrusu, bu konuda biraz farklı kanıtların kullanılması mümkündür ve gereklidir, ancak termodinamiğin ikinci yasasının kullanılması mümkün değildir.

İlk önce Evrenin izole bir sistem olduğu henüz kanıtlanmadı. Elbette bunun tersi kanıtlanmamış olsa da, termodinamiğin ikinci yasasının bir bütün olarak buna uygulanabileceğini kesin olarak söylemek henüz mümkün değil.

Ancak diyelim ki Evrenin bir sistem olarak izolasyonu gelecekte kanıtlanacak (bu oldukça mümkün). Peki ne olacak?

ikinci olarak Termodinamiğin ikinci yasası, belirli bir sistemde tam olarak neyin hüküm süreceğini söylemez: düzen mi yoksa kaos mu? İkinci yasa bu düzenin veya düzensizliğin hangi yöne doğru değişeceğini, izole bir sistemde kaosun artacağını söylüyor. Peki Evrendeki düzen hangi yönde değişiyor? Bir bütün olarak Evren hakkında konuşursak, içinde kaos (ve entropi) artıyor. Burada Evreni tek tek yıldızlar, galaksiler veya bunların kümeleriyle karıştırmamak önemlidir. Bireysel galaksiler (Samanyolu'muz gibi) çok kararlı yapılar olabilir ve milyonlarca yıl boyunca hiçbir şekilde bozulmamış gibi görünebilir. Ancak bunlar izole edilmiş sistemler değildir: Çevredeki alana sürekli olarak enerji (ışık ve ısı gibi) yayarlar. Yıldızlar yanar ve yıldızlararası uzaya sürekli olarak madde (“güneş rüzgarı”) yayar. Bu sayede Evrende, yıldızların ve galaksilerin yapılandırılmış maddesinin kaotik olarak dağılmış enerji ve gaza sürekli bir dönüşüm süreci meydana gelir. Bu entropinin artması değilse nedir?

Bu bozunma süreçleri elbette çok yavaş bir hızda meydana gelir, bu yüzden onları hissetmiyor gibiyiz. Ancak onları çok yüksek bir hızda, örneğin trilyon kat daha hızlı gözlemleyebilseydik, o zaman yıldızların doğumu ve ölümünün çok dramatik bir tablosu gözlerimizin önünde ortaya çıkacaktı. Evrenin başlangıcından bu yana var olan ilk nesil yıldızların çoktan öldüğünü hatırlamakta fayda var. Kozmologlara göre gezegenimiz, bir zamanlar yanmış bir yıldızın varlığının ve patlamasının kalıntılarından oluşuyor; Bu tür patlamalar sonucunda tüm ağır kimyasal elementler oluşur.

Bu nedenle, Evreni yalıtılmış bir sistem olarak düşünürsek, hem geçmişte hem de bugün termodinamiğin ikinci yasası genel olarak karşılanmaktadır. Bu, Allah'ın koyduğu kanunlardan biridir ve bu nedenle Evren'de diğer fizik kanunları gibi işler.

Yukarıda söylenenlere rağmen, Evrende hüküm süren düzenle ilgili pek çok şaşırtıcı şey vardır, ancak bunlar termodinamiğin ikinci yasasından değil, başka nedenlerden kaynaklanmaktadır.

Böylece Newsweek dergisi (09 Kasım 1998 tarihli sayısı), Evrenin yaratılışına ilişkin keşiflerin bizi ne gibi sonuçlara götürdüğünü inceledi. Gerçeklerin "enerjinin ve hareketin kökenini yoktan, yani yoktan, muazzam bir ışık ve enerji patlamasıyla gösterdiğini" söyledi; bu, daha ziyade [İncil'deki kitaptaki] Yaratılış'ın tanımına karşılık geliyor." Newsweek dergisinin, Evrenin doğuşunun bu olayın İncil'deki tanımıyla benzerliğini nasıl açıkladığına dikkat edin.

Bu dergi şöyle yazıyor: “Serbest bırakılan kuvvetler şaşırtıcı bir şekilde (mucizevi bir şekilde?) dengeliydi ve öyle de kalıyor: Büyük Patlama biraz daha az şiddetli olsaydı, Evrenin genişlemesi daha yavaş ve kısa sürede (birkaç milyon yıl içinde) ilerleyecekti. ya da birkaç dakika içinde - en azından yakında) süreç tersine dönecek ve çöküş yaşanacaktır. Patlama biraz daha güçlü olsaydı, Evren fazlasıyla seyreltilmiş bir "sıvı et suyuna" dönüşebilirdi ve yıldızların oluşumu imkansız hale gelebilirdi. Varolma şansımız kelimenin tam anlamıyla astronomik derecede küçüktü. Büyük Patlama sırasında madde ve enerjinin uzayın hacmine oranının ideal oranın yüzde birinin katrilyonda biri kadar kalması gerekirdi.”

Newsweek, Evrenin yaratılışını kontrol eden ve şunu bilen Birisinin olduğunu öne sürdü: “Bir dereceyi bile ortadan kaldırırsanız (yukarıda belirtildiği gibi, hata payı yüzde birin katrilyonda biri kadardı), ... ve sonuç sadece uyumsuzluk olmazdı. ama sonsuz entropi ve buz."

Astrofizikçi Alan Lightman şunları itiraf etti: “Evrenin bu kadar yüksek düzeyde organize bir şekilde yaratılmış olması [bilim insanları için] bir gizemdir.” "Başarıyı amaçlayan herhangi bir kozmolojik teorinin eninde sonunda bu entropi gizemini açıklamak zorunda kalacağını" ekledi: Evren neden kaosa sürüklenmedi? Açıkçası, olayların doğru gelişme olasılığının bu kadar düşük olması bir kaza olamaz. (Alıntı: Uyanık!, 6/22/99, s. 7.)

TERMODİNAMİĞİN İKİNCİ YASASI VE HAYATIN KÖKENİ

Yukarıda belirtildiği gibi, termodinamiğin ikinci yasasının cansız maddeden yaşamın kendiliğinden ortaya çıkmasının imkansızlığını kanıtladığı yönündeki teoriler yaratılışçılar arasında popülerdir. 1970'lerin sonu - 1980'lerin başında Yaratılış Araştırma Enstitüsü bu konuyla ilgili bir kitap yayınladı ve hatta bu konuda SSCB Bilimler Akademisi ile yazışmaya çalıştı (yazışma başarısız oldu).

Ancak yukarıda da gördüğümüz gibi termodinamiğin ikinci yasası yalnızca yalıtılmış sistemlerde geçerlidir. Ancak Dünya, sürekli olarak Güneş'ten enerji aldığı ve tam tersine onu uzaya saldığı için izole bir sistem değildir. Ve canlı bir organizma (hatta örneğin canlı bir hücre) ayrıca çevre ve madde ile alışveriş yapar. Dolayısıyla termodinamiğin ikinci yasası tanım gereği bu konuya uygulanmaz.

Yukarıda, maddi dünyanın artan entropiye yönelik belirli bir genel eğilim ile karakterize edildiği, bunun nedeniyle şeylerin yaratılmaktan daha çok yok edildiği ve kaosa dönüştüğü de belirtilmişti. Ancak belirttiğimiz gibi bu kanun değil. Üstelik alıştığımız makro dünyadan kopup mikro dünyaya, atomların ve moleküllerin dünyasına dalarsak (ve yaşamın buradan başlaması gerekiyor), o zaman tersine dönmenin çok daha kolay olduğunu göreceğiz. içindeki entropiyi arttırma süreçleri. Bazen sistemin entropisinin azalmaya başlaması için kör, kontrolsüz bir etki yeterlidir. Gezegenimiz kesinlikle bu tür etkilerin örnekleriyle doludur: atmosferdeki güneş radyasyonu, okyanus tabanındaki volkanik ısı, dünya yüzeyindeki rüzgar vb. Ve sonuç olarak birçok süreç onlar için ters yönde, "olumsuz" yönde akar veya ters yön onlar için "yararlı" hale gelir (örnekler için yukarıda "Cansız doğadaki azalan entropinin örnekleri" alt başlığına bakınız). Bu nedenle, entropiyi artırmaya yönelik genel eğilimimiz bile yaşamın bir tür mutlak kural olarak ortaya çıkışına uygulanamaz: Bunun çok fazla istisnası vardır.

Elbette bu, termodinamiğin ikinci yasası yaşamın kendiliğinden oluşmasını yasaklamadığına göre yaşamın kendiliğinden ortaya çıkabileceği anlamına gelmez. Böyle bir süreci imkansız kılan ya da son derece ihtimal dışı kılan pek çok başka şey var, ancak bunların artık termodinamik ve onun ikinci yasasıyla ilgisi yok.

Örneğin bilim insanları, Dünya'nın birincil atmosferinin varsayılan koşullarını simüle ederek, yapay koşullar altında çeşitli amino asit türleri elde etmeyi başardılar. Amino asitler yaşamın bir tür yapı taşıdır: canlı organizmalarda protein (protein) oluşturmak için kullanılırlar. Ancak yaşam için gerekli olan proteinler, belirli bir dizilimle birbirine bağlanan ve özel bir biçimde, özel bir biçimde dizilen yüzlerce, bazen de binlerce amino asitten oluşur (sağdaki şekle bakın). Amino asitleri rastgele bir sırayla birleştirirseniz, yalnızca nispeten basit bir fonksiyonel protein oluşturma olasılığı ihmal edilebilir düzeyde olacaktır; o kadar küçüktür ki, bu olay asla gerçekleşmeyecektir. Bunların rastgele oluştuğunu varsaymak, dağlarda birkaç tuğla benzeri taş bulmak ve yakınlarda duran bir taş evin aynı taşlardan doğal süreçlerin etkisi altında rastgele oluştuğunu iddia etmekle hemen hemen aynıdır.

Öte yandan, yaşamın varlığı için proteinler de tek başına yeterli değildir: Rastgele oluşumları da inanılmaz olan, daha az karmaşık DNA ve RNA moleküllerine gerek yoktur. DNA aslında protein yapmak için gerekli olan yapılandırılmış bilgilerin bulunduğu dev bir depodur. Bu bilgiyi kopyalayıp düzelten ve "üretim amacıyla" kullanan tam bir protein ve RNA kompleksi tarafından sunulur. Bütün bunlar, bileşenleri tek tek hiçbir anlam ifade etmeyen ve hiçbiri ondan çıkarılamayan tek bir sistemdir. Parlak bir Tasarımcının bu sistemin yaratılışında çalıştığını anlamak için bu sistemin yapısını ve işleyişinin ilkelerini daha derinlemesine araştırmaya başlamak yeterlidir.

TERMODİNAMİĞİN İKİNCİ YASASI VE YARATICIYA İNANÇ

Termodinamiğin ikinci yasası genel olarak Yaratıcıya olan inançla uyumlu mudur? Sadece var olduğu gerçeğiyle değil, Evreni ve Dünyadaki yaşamı da yarattığı gerçeğiyle (Yaratılış 1:1–27; Vahiy 4:11); Dünyanın sonsuza kadar var olacağına söz verdiğini (Mezmur 103:5) Bu, hem Güneş'in hem de Evren'in şu veya bu biçimde ebedi olacağı anlamına gelir; insanların yeryüzünde cennette sonsuza kadar yaşayacaklarını ve asla ölmeyeceklerini (Mezmur 36:29; Matta 25:46; Vahiy 21:3, 4)?

Termodinamiğin ikinci yasasına olan inancın, Yaratıcıya ve O'nun vaatlerine olan inançla tamamen uyumlu olduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz. Bunun nedeni de bizzat bu yasanın formülasyonunda yatmaktadır: "İzole bir sistemde entropi azalamaz." Herhangi bir izole sistem, Yaratıcı dahil, hiç kimse onun işine müdahale etmediği sürece izole kalır. Ancak müdahale edip tükenmez kuvvetinin bir kısmını ona yönlendirdiği anda, sistem yalıtılmış olmaktan çıkacak ve termodinamiğin ikinci yasası burada işlemeyi bırakacaktır. Yukarıda tartıştığımız entropinin artmasına yönelik daha genel eğilim için de aynı şey söylenebilir. Evet, atomlardan Evren'e kadar çevremizde var olan hemen hemen her şeyin zamanla yok olma ve bozulma eğiliminde olduğu açıktır. Ancak Yaratıcı, her türlü bozulma sürecini durdurmak ve hatta gerekli gördüğünde bunları tersine çevirmek için gerekli güce ve bilgeliğe sahiptir.

İnsanlar tarafından genellikle hangi süreçlerin sonsuz yaşamı imkansız hale getirdiği belirtiliyor?

· Birkaç milyar yıl sonra Güneş sönecek. Eğer Yaratıcı onun işine hiç karışmasaydı bu olurdu. Ancak O, Evrenin Yaratıcısıdır ve Güneş'in sonsuza kadar yanmasını sağlayacak devasa bir enerjiye sahiptir. Örneğin, enerji harcayarak Güneş'te meydana gelen nükleer reaksiyonları, sanki birkaç milyar yıl daha yakıt ikmali yapıyormuşçasına tersine çevirebilir ve ayrıca Güneş'in güneş rüzgarı şeklinde kaybettiği madde hacmini yeniden doldurabilir.

· Er ya da geç Dünya bir asteroit ya da kara delikle çarpışacak. Bunun olasılığı ne kadar küçük olursa olsun vardır, yani sonsuza kadar mutlaka gerçekleşecektir. Ancak Allah, bu tür tehlikeli cisimlerin gezegenimize yaklaşmasını engelleyerek, gücünü kullanarak Dünya'yı her türlü zarardan önceden koruyabilir.

· Ay Dünya'dan uzaklaşacak ve dünya yaşanmaz hale gelecektir. Ay, üzerindeki iklimin az çok sabit kalması sayesinde dünya ekseninin eğimini dengeler. Ay yavaş yavaş Dünya'dan uzaklaşıyor, bu nedenle gelecekte ekseninin eğimi değişebilir ve iklim dayanılmaz hale gelebilir. Ancak Allah elbette ki bu tür feci değişiklikleri önleyecek ve Ay'ı kendi uygun gördüğü yörüngede tutabilecek güce sahiptir.

Hiç şüphe yok ki maddi dünyadaki şeylerin eskime, bozulma ve bozulma eğilimi vardır. Ancak Tanrı'nın bizzat dünyayı bu şekilde yarattığını unutmamalıyız. Bu da onun planının bir parçası olduğu anlamına geliyor. Dünyanın Tanrı'dan ayrı olarak sonsuza kadar var olması amaçlanmamıştı. Tam tersine Allah'ın kontrolünde sonsuza kadar var olacak şekilde yaratılmıştır. Ve Tanrı, dünyayı yaratma konusunda hem bilgeliğe hem de güce sahip olduğuna göre, onun, yarattıklarıyla sonsuza kadar ilgilenecek ve içindeki her şeyi kendi kontrolü altında tutacak aynı güce ve bilgeliğe sahip olduğundan şüphe etmemiz için hiçbir neden yok.

Aşağıdaki İncil ayetleri Güneş'in, Ay'ın, Dünya'nın ve insanların sonsuza kadar var olacağına dair güvence vermektedir:
· « Güneş ve ay var olduğu sürece nesilden nesile sizden korkacaklar» (Mezmur 72:5)
· « [Yeryüzü] sonsuza kadar sarsılmayacak, sonsuza kadar» (Mezmur 103:5)
· « Doğrular dünyayı miras alacak ve onda sonsuza kadar yaşayacaklar» (Mezmur 36:29)

Dolayısıyla hiçbir şey bizi termodinamiğin ikinci yasasına inanmaktan ve onu doğru bir bilimsel prensip olarak görmekten, aynı zamanda son derece dindar insanlar olmaktan ve Tanrı'nın İncil'de kayıtlı tüm vaatlerinin gerçekleşmesini beklemekten alıkoyamaz.

DÜRÜST ARGÜMANLAR KULLANIN

Peki eğer inançlı biriyseniz yazının başında bahsettiğimiz dini gruplardan hangisine sesinizi katarsınız? Termodinamiğin ikinci yasasının kaldırılmasını talep eden Hıristiyan muhafazakarların yukarıda anlatılan gösterisine katılanlara? Yoksa bu yasayı Tanrı'nın yaşamı yaratmasının kanıtı olarak kullanan yaratılışçılara mı? Ben kimse için değilim.

İnananların çoğu inançlarını öyle ya da böyle savunma eğilimindedir ve bazıları bunu yapmak için bilimin verilerini kullanır ve bu da Yaratıcının varlığını büyük ölçüde doğrular. Ancak Kutsal Kitap'ta yer alan ciddi bir prensibi hatırlamamız bizim için önemlidir: "Biz... her konuda dürüst davranmak istiyoruz" (İbraniler 13:18). Dolayısıyla Allah'ın varlığını ispatlamak için yanlış argümanlara başvurmak elbette yanlış olacaktır.

Bu makaleden de gördüğümüz gibi, Tanrı'nın varlığı veya yokluğu termodinamiğin ikinci yasasını kanıtlamadığı veya çürütmediği gibi, termodinamiğin ikinci yasası da Tanrı'nın varlığının kanıtı olarak kullanılamaz. İkinci prensip, tıpkı diğer fizik kanunlarının büyük çoğunluğu gibi (örneğin, evrensel çekim kanunu, momentumun korunumu kanunu, Arşimed kanunu veya tüm Termodinamiğin diğer ilkeleri).

Tanrı'nın yarattıkları bize çok sayıda ikna edici kanıtın yanı sıra Yaratıcı'nın varlığına dair dolaylı kanıtlar da sağlar. Bu nedenle, daha önce delil olarak kullandığımız ifadelerden herhangi birinin yanlış olduğu ortaya çıkarsa, inancınızı savunmak için yalnızca dürüst argümanlar kullanmak amacıyla onu terk etmekten korkmamalısınız.