Учитывает ли второй закон термодинамики взаимодействие притяжения между частицами?

Если кто-то ищет в Google или учебниках по 2-му закону термодинамики , обычно можно найти утверждение, которое либо эквивалентно, либо подразумевает следующее.

Энтропия Вселенной всегда увеличивается.

Но включает ли это межмолекулярные силы или взаимодействия между частицами в целом?

Например, предположим, что у нас есть планета с атмосферой. Планета не вращается вокруг себя. По какой-то причине в этот момент атмосфера однородна по плотности на расстоянии до 10 км от поверхности. Ясно, что вскоре мы обнаружим, что плотность молекул воздуха вблизи поверхности увеличивается, а плотность вдали от поверхности уменьшается, и плотность, вероятно, в конечном итоге следует экспоненциальному убыванию по отношению к высоте.

В приведенном выше сценарии этот естественный процесс уменьшает энтропию Вселенной из-за гравитационного поля планеты.

А как же второй закон термодинамики?


РЕДАКТИРОВАТЬ: Для ясности молекулы газа на этой планете считаются беззарядными сферами, которые сталкиваются только упруго.

Для уточнения еще раз, приведенный выше пример предполагает, что энтропия в статистической термодинамике действительно является энтропией, указанной во 2-м законе.

Что заставляет вас думать, что энтропия Вселенной уменьшилась в описанном вами процессе?
Обычно существует два определения энтропии. Чаще всего преподается логарифм числа конфигураций данного физического состояния. Если вы позволите молекулам воздуха «свободно» выбирать свою высоту, однородная плотность гораздо более вероятна в экспоненциальном случае.

Ответы (3)

Для гравитационных систем нужно быть осторожным, делая заявления об энтропии и втором законе термодинамики.

Ваш пример похож на гравитационный коллапс газового облака, если хорошенько подумать. В этом и в вашем случае сжатие газа повысит его тепло. Теперь, хотя увеличения энтропии из-за повышения температуры недостаточно для сохранения второго закона, выделение тепла в виде излучения...

Для более подробного обсуждения проверьте , пожалуйста, поясните, как увеличивается энтропия, когда материя гравитационно сливается, и связь в этом.

Откуда происходит выделение тепла и как именно оно сохраняет второй закон? Для моего сценария межмолекулярные силы не имеют значения. Таким образом, мы могли бы также предположить, что они не существуют, и, вероятно, нормально предположить, что все столкновения также эластичны. Так откуда берется радиация?
(имелось в виду отредактировать это) И что это значит, говоря, что «сжатие повышает температуру»?

Широко распространенные убеждения не являются законами.

Взгляните на генезис термодинамики:
короткодействующее поле взаимодействия, электромагнитное , которое допускает атомную структуру и передачу энергии, тепла при столкновениях атомов и молекул, несомненно, присутствовало в анализе термодинамики с тех пор, как его начало. В этом исходном контексте действие законов нерушимо (за исключением кратких моментов).

Поле дальнодействующего взаимодействия, гравитационное , отсутствовало в анализе с самого начала . Без надлежащего изучения этой ситуации никто не должен считать само собой разумеющимся, что законы должны применяться. К сожалению, широко распространено мнение, что Вселенная должна подчиняться нашим убеждениям.

Давайте посмотрим на эту простую ситуацию с материей и гравитацией:
бесконечная вселенная, изотропная и изоденсированная, за исключением двух мест. Начальная температура равна нулю (0 К).
(В прошлом у меня были непреодолимые интеллектуальные проблемы, которые закончились, как только я смог признать, что вся Вселенная не может быть приписана размерам атома, или теннисного мяча, или внутри моей головы) Рассмотрим область пониженной плотности:
.. .----------__----------...
Вы можете представить вселенную как ранее неподвижную кристаллическую решетку с атомом на каждом месте. Но атомы, отсутствующие в этой области, — это те атомы, которые, если и присутствовали, удерживали всю вселенную в неподвижном состоянии. Нет больше атомов в окрестностях этой дырыбудет притягиваться к этой области, и дыра начнет расти. Дыра будет становиться все больше и больше, концентрируя все вещество во внешней оболочке. Рост дыры ускоряется (соответствующие гравитационные уравнения изначально представлены здесь и здесь ), и температура будет повышаться - еще раз: вопреки общему мнению.

Результатом роста первичных дыр являются крупнейшие структуры Вселенной: ПУСТОТЫ .

Но, согласно БТТ, все знают , что вначале Вселенная была горячей . Это теория - вера - а данные (пустоты) допускают противоположную интерпретацию.

Сверхплотная область: ...______/\_______... обречена исчезнуть и раствориться в огромном океане окружающей материи (еще раз: вопреки общему мнению: гравитационная конденсация )

Именно безбрежный океан окружающей материи диктует эволюцию местных деталей. ИМО противоположное понятие иррационально.

Коды симуляций эволюции вселенной ущербны и не могут добиться гигантских размеров пустот, как и степени их пустоты: они учитывают бесконечную скорость света; они неправильно учитывают бесконечный характер вселенной; они не начинают с 0K, они манипулируют данными, вводя теоретическую «темную материю» и «темную энергию».

примечание: DM и DE не являются свидетельством наблюдений, они введены в теорию и моделирование, чтобы восполнить огромное расхождение (95%) между принятой моделью и наблюдаемыми данными.

Все, что я написал выше, также является убеждением, подкрепленным уравнениями обычного гравитационного взаимодействия и аргументацией по физике. Документы, ссылки на которые есть в моем профиле, являются формальными презентациями «против течения». Вместо пространственного расширения я исследую «сжимающийся атом» и нашел модель, на 100% соответствующую данным (без DM, без DE, без...) и с 1 параметром: ЧАС 0 .

первые два абзаца в порядке, но я не уверен, о чем остальные....
@gatsu: речь идет о гравитационной физике в большой вселенной, начиная с 0K (нигде больше не встречавшейся). Я сделал все возможное, чтобы облегчить презентацию для всех. Буду рад узнать, что неясно, или увидеть ваш собственный ответ или возражения.
во-первых, я не считаю «большую вселенную в 0K» простым примером, особенно когда не следует никакого уравнения или обратного расчета конверта.
Речь идет об общей справедливости термодинамических законов при гравитации и нет необходимости обосновывать какую-либо космологическую модель, пока существует конечная гравитационная скорость взаимодействия (я должен был упомянуть об этом). @gatsu: см. понятие в этом PSE-Q . Я показал, что достаточно большая или бесконечная вселенная не разрушится под действием гравитации (против ..). Я хотел бы видеть аргументы вместо расплывчатости.
Прежде всего, я действительно спрашиваю о втором законе взаимодействия притяжения в целом, а не только о гравитации. Гравитация является просто удобным примером. Тогда... как эволюция Вселенной связана с моим вопросом об энтропии? Вы предполагаете, что второй закон неверен? В вашем примере ни разу не упоминается слово «второй закон» или «энтропия».

Вы формулируете второй закон как:

Энтропия Вселенной всегда увеличивается.

В моем школьном учебнике написано так:

Процессов, при которых энтропия изолированной системы уменьшалась бы, не происходит, или во всяком процессе, происходящем в изолированной системе , энтропия системы либо возрастает, либо остается постоянной ( Ф. и статистическая механика , второе издание 1959 г., стр. 111)

смелый мой.

Но включает ли это межмолекулярные силы или взаимодействия между частицами в целом?

Он включает в себя все, как только раскрывается основная структура статистической механики. При этом энтропия определяется как: S=k*ln(W), где W – термодинамическая вероятность (стр. 281 в приведенной выше ссылке). Классическая термодинамика является новой структурой статистической механики и, наконец, квантовой статистической механики.

Молекулы газа на этой планете считаются беззарядными сферами, которые сталкиваются только упруго.

На этом сайте обсуждается физика, известная на Земле и документированная данными и моделями, которые соответствуют этим данным. В нашей Вселенной нет незаряженных сфер, и это было известно еще тогда, когда квантовая механика и физика элементарных частиц еще не были открыты. Термодинамика и ее предсказания с использованием классической механики и классической электродинамики были основным уровнем, на котором возникла квантовая теория. Классическая термодинамика пыталась учесть излучение черного тела , но не смогла, поэтому пришлось предположить квантование излучения. Излучение является частью всех физических систем, все тела излучают абсолютно черное тело.

Таким образом, изолированная система, статистически подсчитывающая термодинамические вероятности, должна включать в себя излучение абсолютно черного тела. Это излучение является результатом рассеяния нейтральных (не беззарядных) тел на нейтральных телах, искажающих распределения зарядов и превращающих часть энергии в электромагнитное излучение (даже классически).

Таким образом, ваши бильярдные шары, падающие на землю, будут терять кинетическую энергию, и эта потеря в конечном итоге превращается в электромагнитное излучение (возможно, также в некоторое гравитационное излучение, но оно настолько слабо по отношению к электромагнитному, что о нем можно забыть). Чтобы вычислить энтропию, вы должны поймать все эти фотоны и посчитать микросостояния, созданные их существованием.

Таким образом, ответ Али правильный.

Ваш пример ничем не отличается от погружения затравки кристалла в раствор и получения высокоупорядоченного кристалла. Энтропия кристалла низка, но при этом следует учитывать жидкость и все излучение, связанное с процессом. То же самое верно для всей живой материи, где жизнь — это битва за уменьшение энтропии внутри живого тела, в то время как экспоненциально увеличивается со всеми химическими процессами и электромагнитными излучениями, происходящими в жизни.

Есть ли простой способ увидеть, что излучение черного тела действительно увеличивает общую энтропию?
Кроме того, я прекрасно осведомлен о формулировке 2-го закона, на которую вы ссылаетесь. То, что я написал, включает слово «подразумевать». То, что я действительно ищу, - это подробное объяснение, выходящее за рамки простого указания, почему 2-й закон может выполняться, или простого отказа от того, что 2-й закон «не является законом» (как предлагается в другом ответе). Я не думаю, что могу понять, почему 2-й закон ДЕЙСТВУЕТ, кроме как из вашего ответа.
В рамках статистической механики второй закон не является «законом», он является производным от статистики. В рамках термодинамики это закон. Каждая структура имеет свою элегантную математическую формулировку вокруг постулатов. В термодинамике это закон, подобный тому, как называют аксиомы аксиомами в математике: он необходим для развития теории. К счастью, мы обнаружили, что термодинамика возникает из статистической механики и может исследовать, почему в общей термодинамической системе мы называем ее законом: из-за крошечных вероятностей, связанных с ее разрушением.
Предположим, у вас есть две молекулы в коробке. Их можно описать с помощью N транспозиций. Когда они сталкиваются, их уже не двое, при столкновении высвобождается фотон, что многократно увеличивает число возможных микросостояний (откуда пришел фотон, где были молекулы и т. д.). Фотон — это частица, а излучение черного тела испускает миллионы фотонов и еще больше дополнительных столкновений.