Второй принцип термодинамики гласит, что если систему (например, идеальный газ) оставить нетронутой, то число ее микроскопических состояний только возрастет. Это констатация необратимости процесса, которому подвергается система. Например, если у нас есть две отдельные камеры, одна с холодным газом и одна с горячим газом одного и того же типа, и соединим камеры (какой-либо трубой), то температура двух камер через некоторое время станет одинаковой. Не произойдет, чтобы холодный газ стал холоднее, а горячий – горячее.
При ядерном распаде одна частица (или более) вылетает из нестабильного ядра вместо того, чтобы оставаться в нем навсегда. Причем процесс необратимый, частицу (или частицы) можно отправить обратно (каким-то зеркалом), но неустойчивое ядро уже не восстановится таким, каким оно было до распада, потому что пока часть излучаемой волны возвращается к ядру, пытающемуся восстановить родительское ядро, это ядро продолжает излучать.
Вопрос в том, ЧТО выталкивает частицу (например, альфа-статью) из родительского ядра? ПОЧЕМУ альфа не остается навсегда в родительском ядре или, в более общем смысле, внутри объема, ограниченного потенциальным барьером?
Связана ли необратимость ядерного распада со 2-м принципом термодинамики? Или между ними есть какое-то сходство? Конфигурация дочернее ядро + испускаемая частица представляет собой систему с БОЛЬШИМ состоянием? (Эта идея кажется неправдоподобной, потому что с точки зрения квантовой механики эта пара описывается ОДНИМ ЕДИНСТВЕННЫМ составным квантовым состоянием до тех пор, пока избегается декогерентность — например, путем сохранения системы в вакууме). В качестве альтернативы, распад и 2-й принцип термодинамики проистекают из общего, более фундаментального принципа?
Это правда, что классические термодинамические уравнения возникают из статистической механики. И что увеличение энтропии зависит от увеличения количества микросостояний.
Распады также увеличивают количество микросостояний. Они необратимы, потому что распад высвобождает энергию, а термодинамическая система не может предоставить достаточно энергии и комбинации частиц, чтобы вернуться в исходное состояние, поскольку она также не может вернуться в какое-либо исходное микросостояние. Если уран распадается, существует вероятность того, что правильные фрагменты с правильной энергией столкнутся, чтобы снова соединиться, если правильная квантованная энергия будет передана фрагментам случайными столкновениями, но вероятность очень мала.
Вопрос в том, ЧТО выталкивает частицу (например, альфа-статью) из родительского ядра? ПОЧЕМУ альфа не остается навсегда в родительском ядре?
Ядерный распад происходит потому, что ядра связаны сильным взаимодействием, но есть сила отталкивания протонов, которая уравновешивается только нейтронами по диагонали на этом графике изотопов. Чем выше число протонов, тем пропорционально больше нейтронов требуется для связывания изотопа. Слишком большое количество нейтронов допускает нестабильность нейтрона (он распадается на свободе) вероятность распада. Распад и деление высвобождают энергию связи, потому что система больше не связана квантово-механически и распадается на фрагменты, создавая больше микросостояний.
Связана ли необратимость ядерного распада со 2-м принципом термодинамики? Или между ними есть какое-то сходство? Конфигурация дочернее ядро + испускаемая частица представляет собой систему с БОЛЬШИМ состоянием? (Квантово-механически эта система описывается ОДНИМ ЕДИНСТВЕННЫМ квантовым состоянием).
Эта система была описана одной квантово-механической функцией состояния до того, как она распалась. После того, как он распался, он больше не находится в одном квантовом состоянии, когда фрагменты взаимодействуют в тепловой ванне окружающей среды.
Или распад и 2-й принцип термодинамики проистекают из общего, более фундаментального принципа?
Распад происходит потому, что система имеет квантово-механическую вероятность распада, период полураспада . Его можно вычислить с помощью квантово-механических моделей, а не термодинамических моделей (например, статистической механики). Потенциалы входят и энергетические уровни и принцип запрета Паули, вся артиллерия. Термодинамика — это возникающее явление из лежащей в основе квантово-механической структуры, конечно, для материалов с ядерным распадом, но также и в целом, поскольку атомы и молекулы также являются квантово-механическими объектами.
Изменить после повторного прочтения на следующий день
При продолжении изучения дисциплин, зависящих от физики, следует иметь в виду, что при описании природных явлений следует учитывать соответствующие рамки. Также существует иерархия в физических структурах, начиная с микроскопического диапазона элементарных частиц, идущего к ядрам, к атомам/молекулам и к твердому/жидкому/газообразному состояниям. Каждая структура имеет свою область действия, модели и вычислительные инструменты.
Математически в моделях по мере подъема иерархии, при слиянии двух рамок возникает более крупная в сантиметрах рама. Это многочастичный результат того, что все состоит из элементарных частиц и их связей. Таким образом, термодинамика — это эмерджентная теория, а второй закон — это закон для больших измерений по отношению к квантово-механической структуре, на которой он основан в природе. Это вытекает из вероятностной природы квантовой механики.
С проблемой черного тела и ее решением стало совершенно ясно , что термодинамика с классической статистической механикой неадекватны для описания ситуации.
В космических измерениях постулируется сила гравитации, и классические теории очень хорошо описывают движение на Земле, планет и т. д.; современная точка зрения состоит в том, что это высшая структура общей теории относительности, которая в предельном случае превращается в ньютоновскую механическую теорию гравитации. Итак, в этом случае законы Ньютона зависят от законов общей теории относительности, от большой системы отсчета до нижней. Термодинамика не такой случай.
Селена Рутли
Анна В