XIX století byl poznamenán objevem jednoho z největších principů moderní vědy, který vedl ke sjednocení nejrozmanitějších přírodních jevů. Tento princip říká, že existuje určitá veličina zvaná energie, která se při žádných přeměnách probíhajících v přírodě nemění. Energie je jediným měřítkem různých forem pohybu hmoty.
Tento princip se ve vědě formoval více než čtyři desetiletí. Je třeba poznamenat, že proces stanovení zákona zachování a přeměny energie je současně procesem formování takových disciplín ve fyzice, jako je statistická fyzika a termodynamika, proces ustavení prvního a druhého principu termodynamiky, vývoj pojmů energie, tepelná (vnitřní) energie, práce, entropie.
Mechanická energie a vnitřní energie jsou jen dvě z mnoha forem energie. Cokoli, co lze přeměnit na kteroukoli z těchto forem, je také formou energie.
Existují dva kvalitativně odlišné způsoby přenosu energie z jednoho makroskopického tělesa do druhého – ve formě práce a ve formě tepla (prostřednictvím výměny tepla). První termodynamický zákon stanoví ekvivalenci těchto dvou způsobů přenosu energie a uvádí, že vnitřní energii tělesa lze změnit kterýmkoli z těchto způsobů.
Změna energie tělesa, provedená prvním způsobem, se nazývá práce vykonaná na tomto tělese. K přenosu energie ve formě práce dochází v procesu silové interakce mezi tělesy a je vždy doprovázen makropohybem. Práce vykonaná na těle může přímo směřovat ke zvýšení jakéhokoli typu energie.
Přenos energie výměnou tepla mezi tělesy je způsoben rozdílem teplot těchto těles. Energii přijatou tělesem ve formě tepla lze přímo využít pouze ke zvýšení jeho vnitřní energie.
Perpetum mobile (perpetuum mobile) prvního druhu je nemožné. To je důsledek počátku termodynamiky.
Všechny přírodní jevy se řídí zákonem zachování a přeměny energie: „Energie v přírodě nevzniká z ničeho a nezaniká: množství energie se nemění, pouze přechází z jedné formy do druhé.“
29. Pojem pravděpodobnostního determinismu ve statistické fyzice
Historie objevu zákona zachování a přeměny energie vedla ke studiu tepelných jevů ve dvou směrech: termodynamickém a molekulárně-kinetickém. S. Carnot položil základ nové metodě uvažování o vzájemné přeměně tepla a práce v makroskopických systémech, především v tepelných strojích, a stal se tak zakladatelem vědy, kterou později W. Thomson nazval „termodynamika“. Termodynamická úvaha se omezuje především na studium znaků přeměny tepelné formy pohybu na jiné formy, aniž by se zajímala o problematiku mikroskopického pohybu částic tvořících látku, tedy bez zohlednění tzv. molekulární struktura látky.
Molekulární kinetická teorie byla vývojem kinetické teorie hmoty (alternativní kalorické). Vyznačuje se uvažováním různých makroprojevů systémů jako výsledků totálního působení obrovské sbírky chaoticky se pohybujících molekul. V tomto případě využívá molekulární kinetická teorie statistický metoda, nezajímá se o pohyb jednotlivých molekul, ale pouze o průměrné hodnoty, které charakterizují pohyb obrovské sbírky částic. Odtud jeho další název – statistická fyzika. Oba tyto směry, které se formovaly do poloviny XNUMX. století, přistupují k úvahám o změnách stavu hmoty z různých úhlů pohledu, vzájemně se doplňují a tvoří jeden celek.
Při zvažování systémů skládajících se z velkého počtu částic není stav systému charakterizován úplným souborem hodnot souřadnic a momentů všech částic, ale pravděpodobností, že tyto hodnoty leží v určitých intervalech. Poté je stav systému specifikován pomocí distribuční funkce, která závisí na souřadnicích, hybnosti všech částic systému a čase. Distribuční funkce je interpretována jako hustota pravděpodobnosti detekce konkrétní fyzikální veličiny (např. ‘S. nebo R) v určitých intervalech od x do X, + ∆x nebo od R. na R. + AR.. Pomocí známé distribuční funkce lze najít průměrné hodnoty libovolné fyzikální veličiny v závislosti na souřadnicích a momentech a pravděpodobnosti, že tato veličina nabývá určité hodnoty v daných intervalech.
Statistická mechanika v jistém smyslu porušuje tradice klasického popisu fyzikální reality. Ostatně dynamická, deterministická podoba fyzikálních zákonů byla považována za ideál klasického popisu. K zavedení pravděpodobnosti do statistických zákonů se proto fyzikové zpočátku stavěli negativně. Mnozí věřili, že pravděpodobnost v zákonech ukazuje rozsah naší nevědomosti. Nicméně není. Statistické zákony také vyjadřují nezbytné souvislosti v přírodě. Ve všech fundamentálních statistických teoriích je stav skutečně pravděpodobnostní charakteristikou systému, jeho pohybové rovnice stále jednoznačně určují stav (statistické rozložení) v jakémkoli následujícím čase podle daného rozložení v počátečním okamžiku. T.Ya. Myakishev zdůrazňuje, že hlavním rozdílem mezi statistickými zákony a dynamickými zákony je zohlednění náhodnosti (fluktuací). Filosofie již dlouho rozvíjí myšlenku dialektické identity a rozdílu protilehlých stran jakéhokoli fenoménu. Nutné a náhodné jsou v dialektice dva protipóly jediného jevu, dvě strany téže mince, které se vzájemně určují, vzájemně se proměňují a jedna bez druhé neexistují. Hlavní rozdíl mezi dynamickými a statistickými zákony z filozofického a metodologického hlediska spočívá v tom, že ve statistických zákonech se nutnost objevuje v dialektickém spojení s náhodností a v dynamických zákonech – jako absolutní opak náhodnosti. A odtud závěr: „Dynamické zákony představují první nižší stupeň v procesu chápání světa kolem nás? statistické zákony poskytují modernější odraz objektivních souvislostí v přírodě: vyjadřují další, vyšší stupeň poznání.“
