Термодинамика

Книга. Осмысление энтропии в свете свечи. Многие заметки ниже приведены как часть книги.

Заметки по физике вне термодинамики: Физика

Термодинамики
Классическая термодинамика
Cтатистическая механика
Термодинамика в философии и культуре
Странные приложения термодинамики
Теория вычислений
TDLIB
Рецензии

Термодинамики

Джеймс Максвелл: см. разделы ‘Термодинамика‘ и ‘Молекулярно-кинетическая теория‘.
Людвиг Больцман: Молекулярно-кинетическая теория. Флуктуационная гипотеза. Философия науки. Разное.
Герман Гельмгольц: см. раздел ‘Физика‘.
Пьер Дюгем: см. раздел ‘Термодинамика‘.
Илья Пригожин: Неравновесная термодинамика и стрела времени. Диссипативные структуры и самоорганизация. Принцип максимума производства энтропии. Пригожин vs. Моно: случайность в биологии.

Осмысление энтропии в свете свечи

Введение: Эйнштейн о феноменологических и фундаментальных теориях физики. Проблема координации и экспериментальная наука. Теория физики. Механика сплошных сред. Статистическая механика. План книги.

Дополнительная информация: Раздел ‘Проблема координации‘ в ‘Бас ван Фраассен‘, ‘Законы физики и экспериментальная наука‘, ‘Экспериментальная наука и экстраполяционизм‘

Часть 1. Классическая термодинамика: Рассмотрение термодинамических фаз на примере горящей свечи. Описание рисунка из книги Сади Карно, который будет использован в этой части. Краткое описание содержания глав.

Дополнительная информация: Физическая величина и эмпирический факт

Глава 1. Температура и термическое уравнение состояния: Максвелл о температуре. Термическое уравнение состояния. Из истории термометрии. Идеальный газ и абсолютная температурная шкала. Математика уравнения состояния. От температуры к температурному полю.

Информация: ‘Установление равновесия и минус первый закон термодинамики‘, ‘Температура, термометр и практическая температурная шкала‘, ‘Хасок Чанг: Изобретение температуры‘, ‘Уравнение состояние идеального газа‘, ‘Проблема координации. Температура как физическая величина‘

Глава 2. От теории теплорода к термодинамике. Паровые машины. Теплота и калориметрия. Основные этапы становления термодинамики — цикл Карно, тепловой эквивалент работы. Первый и второй законы термодинамики. Равновесные и обратимые процессы.

Информация: ‘Теплота и калориметрия‘, ‘От паровой машины Ньюкомена к модели идеальной тепловой машины‘, ‘От теории теплорода к термодинамике‘, ‘Обратимые процессы в классической термодинамике‘

Дополнительная информация: ‘Анри Пуанкаре: Термодинамика‘, ‘Обратимый процесс теплообмена между двумя брусками с разными температурами‘

Глава 3. Термодинамические свойства веществ: Калориметр и функции состояния. Основное уравнение термодинамики. Преобразование Лежандра и новые функции состояния — энтальпия, энергия Гельмгольца, энергия Гиббса. Термодинамические таблицы.

Информация: Энтальпия и энергия Гиббса: математика и физика

Дополнительная информация: Калорическое уравнение состояния: опыты Гей-Люссака и Джоуля-Томсона

Глава 4. Неравенство Клаузиуса как критерий равновесия: Неравенство Клаузиуса для изолированной системы. Простейший пример тепловой смерти. Основное неравенство термодинамики. Локальное и глобальное равновесие. Построение термодинамики.

Информация: ‘Законы термодинамики. Простейший пример тепловой смерти‘, ‘Неравенства в классической термодинамике‘

Дополнительная информация: ‘Неравенство Клаузиуса, второй закон и стрела времени‘, ‘Клиффорд Трусделл и классическая термодинамика‘, ‘Глобальное и локальное тепловое равновесие в классической термодинамике‘

Глава 5. Адиабатическая температура пламени: Общая постановка задачи. Расчет температуры пламени при полном протекании реакции. Расчет равновесного состава при заданных температуре и давлении. От цикла Карно к химической термодинамике.

Информация: Больцман, Эйнштейн и Гейзенберг о феноменологической термодинамике

Дополнительная информация: ‘Замерзание переохлажденной воды‘, ‘Парадокс Гиббса в классической термодинамике‘

Глава 6. Энтропия неравновесных состояний: Энтропия в классической термодинамике. Неравновесные состояния в прерывных системах. От температурного поля к неравновесной термодинамики. Границы применимости классической термодинамики.

Информация: От неравенства Клаузиуса к обобщенной неравновесной термодинамике

Дополнительная информация: ‘Низкоэнтропийная энергия Солнца и жизнь‘, ‘Релятивистская температура: Диссонанс Отта-Планка‘

Часть 2. Статистическая механика: Введение во вторую часть книги. От классической к квантовой статистической механике. Квазиклассическое приближение. Неравенство Клаузиуса и стрела времени. Информационная энтропия. Назад к Больцману.

Глава 1. Мысленные модели статистической механики: Классическая статистическая механика. Квантовая статистическая механика. Приближение Борна-Оппенгеймера. Молекулярная механика и молекулярная динамика. Квантовые эффекты в квазиклассическом приближении.

Глава 2. Равновесная статистическая механика: Основные события становления статистической механики. Распределение вероятности и фазовое пространство. Микроканоническое и каноническое распределение. Сумма по состояниям идеального многоатомного газа.

Дополнительная информация: Теорема о равномерном распределении энергии против атомизма 19-ого века, Излучение черного тела и появление неразличимых частиц, Потенциал Леннарда-Джонса и появление леннард-джонсиума

Глава 3. Стрела времени в статистической механике: Эволюция взглядов Людвига Больцмана. Парадокс Лошмидта. Самоубийство Больцмана. Статистическая интерпретация второго закона. Статистическая энтропия Гиббса. Перемешивание в фазовом пространстве.

Дополнительная информация: Мозг Больцмана в равновесной Вселенной

Глава 4. Энтропия, незнание и информация: Максвелл и Гиббс о роли восприятия. Теория информации Шеннона. Распространение информации на статистическую механику. Принцип максимума энтропии Эдвина Джейнса. Карнап за объективность энтропии.

Информация: История появления информационной физики, Принцип максимум информационной энтропии Эдвина Джейнса в статистической механике

Глава 5. Демон Максвелла и информация: Демон Максвелла. Броуновское движение и второй закон. Смолуховский: натурализация демона Максвелла. Демон Сциларда. Бриллюэн: негэнтропийный принцип информации. Ландауэр и термодинамика вычислений.

Дополнительная информация: Теодор Сведберг и существование молекул, Леон Бриллюэн: Наука и теория информации

Глава 6. Неравновесные состояния в статистической механике: Назад к Больцману! Энтропия макросостояния. Неравновесные макросостояния и микросостояния. Энтропия неравновесных состояний и кинетика. Неравновесная статистическая механика на практике.

Информация: Стрела времени по Больцману

Часть 3. Что говорит физика? Использования математики в физике — метафора математических очков. Противопоставление таблиц термодинамических свойств утверждению ‘математика — это просто язык’. План части.

Глава 1. Физика, математика и мир: Обыденная жизнь и физический мир. Теория и эксперимент в физике. Экспериментальная наука в физике. Экстраполяционизм как исследовательская программа. Радикальный экстраполяционизм.

Информация: Гельмгольц, Мах и Дюгем о измерении в физике, Все, что вы хотели знать о современной физике

Дополнительная информация: Экспериментальная наука и экстраполяционизм

Глава 2. Математика и мир в механике сплошных сред: Качественное объяснение горения свечи. Количественные характеристики свойства вещества. Энтропия и эксперимент. Энтропия и время: неравенство Клаузиуса. Энтропия и время: производство энтропии.

Глава 3. Математика и мир в статистической механике: Философия физики Людвига Больцмана. Мысленная модель молекулярно-кинетической теории. Спектроскопия. Фундаментальные постоянные. Квантовая механика. Колебательное движение. Ансамбль Гиббса и вероятности.

Информация: Bildtheorie Людвига Больцмана, Эмиль Дюбуа-Реймон: Не знаем и не будем знать, Признание реальности молекул в начале 20-ого века

Глава 4. Горение свечи и уровни организации: Два стола Артура Эддингтона. Расчет свойств вещества из молекулярных постоянных. Горение свечи на уровне статистической механики. Вывод уравнений механики сплошных сред из статистической механики. Стрелки объяснений и возникаемость.

Информация: Два стола Артура Эддингтона, Шон Кэрролл об энтропии и обратимых законах физики, Шестая проблема Гильберта: Аксиоматизация физики

Глава 5. Критика термодинамики информации: Что доказывает рассмотрение демона Сциларда? Принцип Ландауэра, обратимые вычисления и флуктуации. Неадекватность мысленного эксперимента Сциларда. Информация и физическое как уровни организации.

Дополнительная информация: Физические процессы как вычисления, Рольф Ландауэр: Физическая природа информации

Глава 6. Объективность в физике: Два смысла объективности. Объективность как беспристрастность. Опыт как чувственное восприятие. Реальность сама по себе и математические очки.

Дополнительная информация: Эпистемология и онтология научной теории, Неумолимые законы физики, Мысли о математике, Физики о математике

Заключение. Что такое энтропия? Энтропия как свойство вещества. Энтропия неравновесного состояния системы. Изолированная система. Энтропия как критерий равновесия. Энтропия как стрела времени.

Заметки, не включенные в книгу

Пригожин и Стенгерс: Порядок из хаоса: Рассмотрение противоречия между стрелой времени и обратимостью законов физики. Разные взгляды физиков.
И. Р. Пригожин: Конец определенности: Пригожин о необратимости и законах физики. Время становится фундаментальной величиной; стрела времени вводится путем отказа от траектории микросостояния и переходу к плотности вероятности.
П. Эткинс: Порядок и беспорядок в природе: Обсуждение книги. Критикуется связь энтропии с порядком и хаосом. Предлагаются альтернативные аналогии и метафоры, которые можно было бы использовать при обсуждении энтропии.
Вернер Гейзенберг об уровнях организации: От классической физики к химии: Цитаты из книги ‘Порядок действительности‘. Вгляд на уровни организации со стороны познания. Общность рассмотрения температуры и квантовой механики — распределение вероятности как мера понимания.
Квантовое происхождение жизни: Иерархический подход — обобщение витализма и редукционизма.