Экспериментальное подтверждение хрестоматийного объяснения локального уменьшения энтропии

Пояснение: в моей первоначальной формулировке этого вопроса, к сожалению, я не дал понять, что меня интересует его интерпретация Больцмана/Гиббса/статистическая (BGS), в отличие от интерпретации Карно/Клаузиуса/"классическая" (CCC ) интерпретация. Я знаю, что эти две интерпретации в принципе должны быть эквивалентны. Эту эквивалентность я могу принять только на веру. Как бы то ни было, ради этого вопроса я хотел бы вообще исключить интерпретацию CCC, и ограничить обсуждение исключительно интерпретацией BGS. В частности, когда я пишу энтропию , я имею в виду больцмановскую

С "=" к Б п ⁡ Вт .

Обсуждения второго закона термодинамики (SLT) в учебниках часто подчеркивают, что этот закон применим только к «закрытым системам». Или, иначе говоря: если система не замкнута, ее энтропия может понизиться.

Далее аргумент уточняется следующим образом. Предположим, что Б является закрытой системой, и это А и А ′ являются «непересекающимися» подсистемами Б такой, что Б "=" А + А ′ . Затем, по СЛТ,

(1) Δ С Б "=" Δ С А + Δ С А ′ > 0

...но это не исключает случаев, когда

(2) Δ С А < 0 .

В таком случае Δ С А ′ будет положительным и таким, что | Δ С А ′ | > | Δ С А | тем самым сохраняется неравенство в ( 1 ) .

Мой вопрос таков: как этот конкретный аспект теории проверяется экспериментально?

IOW, можно ли поставить настоящий (в отличие от «Gedanken-») эксперимент, в котором все три величины в ( 1 ) измерены, и такие, что с измеренными значениями оба ( 1 ) и ( 2 ) держать?

Или аргумент, приведенный выше, является просто чисто теоретической (т. е. экспериментально непроверяемой) конструкцией, объясняющей, почему кажущееся уменьшение энтропии 1 не обязательно является нарушением SLT?

1 ...например, при образовании упорядоченных кристаллов из неупорядоченного набора молекул в растворе.

@brucesmitherson: спасибо за ссылку; это хороший сайт. Однако у меня не хватает теоретических ресурсов. Я много читал об этом, в том числе книгу Каллена о Термо. От корки до корки. Дважды. И теплофизика Киттеля . И «Обобщенная термодинамика» Тизсы . И многие другие, о которых я сейчас забыл. Классические термоштуки мне легко подключить к эксперименту. Я не могу связать это с экспериментом. Вся эта история с ансамблями, микросостояниями и т. д. и т. п. Из этого получается красивая история, но связь с экспериментом для меня не очевидна.
Как экспериментально измерить энтропию chem.wisc.edu/deptfiles/genchem/netorial/modules/thermodynamics/…

Ответы (2)

Более расширенный комментарий, но вот две мысли:

1) Я не уверен, что полностью согласен с утверждением

Обсуждения второго закона термодинамики (SLT) в учебниках часто подчеркивают, что этот закон применим только к «закрытым системам». Или, иначе говоря: если система не замкнута, ее энтропия может понизиться.

Хорошо, это , конечно, правильно, но это вводит в заблуждение, поскольку подразумевает, что для открытых систем не существует сопоставимого правила.

Фактически, когда мы применяем второй закон термодинамики к подсистеме, которая может обмениваться энергией с более крупной системой, мы получаем обобщение: минимизация свободной энергии, Ф "=" U − Т С , или в самом общем случае большой потенциал. Поэтому вместо этого можно утверждать, что в системе, которая может приблизиться к термодинамическому равновесию, свободная энергия уменьшается. Насколько мне известно, это правило универсально, за исключением редких и ограниченных отклонений от равновесия, которыми можно пренебречь для достаточно большой системы. А экспериментальным доказательством является любая система, описываемая термодинамикой.

2) Тем не менее, я полностью согласен с тем, что разумно хотеть экспериментально наблюдать за уравновешиванием систем и проверять, что их поведение более непосредственно удовлетворяет статистической механике. В связи с этим вас может заинтересовать недавний эксперимент по изучению термализации в изолированной квантовой системе (1) . Объектом изучения в этой системе является несколько иная форма энтропии, чем ваша. С "=" к Б п ⁡ Вт , как потому, что обобщение этого необходимо для квантовых систем, так и из-за экспериментальных ограничений того, что можно измерить напрямую. Но, тем не менее, для этой родственной энтропии (известной как энтропия Реньи второго порядка) авторы могут микроскопически и непосредственно наблюдать все подсистемы по мере их возрастания энтропии и термализации.

Из ссылок, которые я предоставил в комментариях под вашим вопросом, должно стать ясно, что «метров» энтропии не существует, вы вычисляете ее из других измеряемых переменных. Если это не удовлетворяет вашим требованиям к экспериментальному измерению, то ваш вывод о том, что претензии являются чисто теоретическими, оправдан.

Однако, сказав, что с вашими критериями экспериментального измерения большую часть физики, которая сейчас считается экспериментальной, следует рассматривать только как теоретическую, потому что во многих случаях переменные и другие физические величины измеряются в косвенной форме, вы измеряете несколько переменных для которых у вас есть «прямые» измерительные устройства, и использовали эти значения для вычисления интересующей вас переменной. В обычной физической практике это также считается измерением.

Экспериментальное подтверждение хрестоматийного объяснения локального уменьшения энтропии
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v