TERMODINAMIKA FANINING FALSAFIY MUAMMOLARI Reja: 1. Klassik termodinamikada vaqt tushunchasi. 2. Ochiq tizimlar va yangi termodinamika. 1

Klassik va kvant mexanikasida harakat qonunlari ko‘rib chiqilganda, nazariyada aks etayotgan jarayonlarning vaqtiga, ya’ni vaqtning yo‘nalishiga e’tibor berilmaydi. To‘g‘ri chiziq yo‘nalishidagi harakat tezligi aniqlanganda sarflangan vaqt hisobga olinadi, qiymati (parametri) ifodalanadi. Lekin jarayonni (harakatning o‘zgarishini) o‘tmishmi, hozir yoki kelajakda sodir bo‘lishi mexanikada farq qilinmaydi. Vaqtning belgisini ( t -t 1 ) oldinga, aks tomonga almashtirish mumkin, tenglamalar qiymati esa o‘zgarmaydi, harakatlanayotgan jismning boshlang‘ich koordinatasi va impulsi berilgan bo‘lsa, uning tenglamasi o‘tmish va kelajak uchun bir xil qiymatga ega bo‘ladi. Demak, klassik fizika, shu jumladan, kvant mexanikasi qaytariluvchan jarayonlarni o‘rganadi. Harakat qilayotgan obyekt vaqt oralig‘ida o‘zgarmaydi. Bundan farqliroq, geologiya, biologiya, sotsiologiya, tarix kabi fanlar o‘rganadigan obyektlarda vaqt yo‘nalishi mavjud, vaqtning qiymati va parametrlari o‘tmishdan kelajakka tomon o‘zgarib turadi. Shunday ekan, mexanikada tarixi va taraqqiyoti bo‘lmagan obyektlar o‘rganiladi. Jonli tabiat va jamiyatda esa vaqt yo‘nalishi bor, jarayonlar qaytarilmasdir. Faqat XIX asrdan boshlab fizika qaytarilmas jarayonlarga e’tibor bera boshadi. Bu issiqlik hodisasini o‘rganishdan boshlandi. Issiqlik hodisasini o‘rganish termodinamika predmetiga aylandi. Termodinamika so‘zi ikkita yunon so‘zidan tashkil topgan: «terme» - «issiqlik» va «dinamik» - «kuch». Bu fanning shakllanishi inson yaratgan mashinalarda sodir bo‘ladigan issiqlikni o‘rganish bilan bog‘langan bo‘lib, olingan dastlabki natijalar tabiatda uchraydigan issiqlik jarayonlarini o‘rganishga tadbiq qilindi. Issiqlik energiyasi bilan ishlaydigan mashinalar ixtiro qilingandan so‘ng qanday qilib issiqlik mashinasida isssiqlik foydali ishga aylanadi? degan savol tug‘ildi. Bu savolga 1824-yilda fransuz injeneri S.Karno «O‘tning harakatlantirish kuchi va bu kuchni vujudga keltirishga qodir mashinalar» kitobida javob beradi. Olim issiq jismdan sovuq jismga issiqlik uzatish jarayonidagi issiqlik ishga aylanishi mumkinligini ko‘rsatadi. U issiqlik mashinasi eng katta foydali ish koeffitsiyentiga ega bo‘la oladigan berk jarayonni ko‘rib chiqadi. Ana shu siklik jarayon keyinchalik Karno sikli deb ataladi. 2

Oldingi fizika tashqi kuchlar ta’sirida vujudga keladigan harakat qonunlarini o‘rganar edi. Termodinamika tizimning o‘zida sodir bo‘ladigan jarayonlarni tadqiq qila boshladi. Bu fan issiqlikning uzatilish, tarqalishi va o‘zgarishi qonuniyatlarini o‘rganadi. Shu narsa ma’lum bo‘ladiki, issiqlikning tarqalishi qaytarilmas jarayondir. «Ishqalanish yoki biror bir mexanik ishni bajarish natijasida hosil bo‘lgan issiqlikni yana qayta energiyaga aylantirib, ishni amalga oshirish uchun foydalanib bo‘lmaydi». Xo‘sh, termodinamika qanday qonuniyatlarni kashf qildi? Termodinamikaning birinchi qonuniga ko‘ra, har qanday jism U ichki energiyaga ega bo‘lib, agar jism ishni bajarsa, bu energiya kamayishi, agar jismga Q issiqlik berilsa, energiya ortishi mumkin:  U = Q = A. Termodinamikaning birinchi qonuni bu energiyaning saqlanish qonuni. Unga ko‘ra, agar jismning ichki energiyasi doimiy bo‘lsa,  U=0, hamda issiqlik olmasa va bermasa, Q=0 , bu holda ish bajara olmaydi: A=0 . Bundan kelib chiqadigan xulosa hech narsadan ish hosil qilib bo‘lmaydi yoki ishni yo‘qqa chiqarib bo‘lmaydi. Hech narsadan ish hosil qiluvchi qurilma yoki mashinani yaratib bo‘lmaydi. Ya’ni tashqaridan energiya olmasdan abadul-abad ishlaydigan dvigatel bo‘lmaydi, yaratish ham mumkin emas. Energiyaning saqlanish qonunini so‘zda quyidagicha ifodalash mumkin: har qanday usul bilan ma’lum miqdordagi mexanik energiyani issiqlik energiyasiga aylantirishda ayni bir miqdordagi issiqlik ajraladi va aksincha, sovish hisobiga ish bajarilganda shu issiqlik miqdori xuddi shunday miqdordagi mexanik energiyaga aylanadi. Termodinamikaning ikkinchi qonunining g‘oyasi S.Karno nomi bilan bog‘liqdir. Bu qonunga ko‘ra, sikl natijasida jism ish bajarib, so‘ngra shu ishning bir qismidan foydalangan holda boshlang‘ich holatga qaytadi. Karno birinchi bo‘lib issiqlik qizigan jismdan sovuqroq jismga uzatilgandagina foydali ish bajarilishi mumkinligini ko‘rsmatib beradi. Karno g‘oyalarini rivojlantirib borib, ingliz fizigi U.Tomson 1851-yilda termodinamikaning ikkinchi qonunini ta’rifladi: «Tabiatda birdan bir natijasi issiqlik 3

rezervuarining sovishi hisobiga olingan mexanik ishdan iborat jarayonning bo‘lishi mumkin emas». Bu ta’rif issiqlik va ishning bir-biriga aylanishlari teng qiymatga ega emasligini ko‘rsatadi: ishni to‘la issiqlikka aylantirilishi (ishqalanish, elektr toki bilan qizdirish va boshqa usullar bilan) mumkin bo‘lgan holda, issiqlikni to‘liq ishga aylantirib bo‘lmaydi. Ikkinchi qonun issiqlikni har doim va to‘la ishga aylantiradigan ikkinchi tur abadiy dvigatelni na bo‘lishini, na yaratish mumkinligini rad etadi. 1850-yilda nemis fizigi R.Klauzius termodinamikaning ikkinchi qonunining ta’rifini berdi: «Issiqlik sovuqroq jismdan issiqroq jismga o‘z-o‘zicha o‘tishi mumkin emas». Bu ta’rif tabiatdagi real jarayonlarni bir tomonlama va vaqt yo‘nalishida mavjudligini ko‘rsatadi. Qand chaqmog‘i suvda erigandan keyin, o‘z-o‘zicha yana qand chaqmog‘i holatiga qaytmaydi. Simni akkumulatorda qizdirish mumkin, biroq issiq sim yordamida akkumulatorni zaryadlab bo‘lmaydi. Termodinamika oldingi fizika o‘rganadigan xossaga diqqatini qaratdi. U ham bo‘lsa, o‘z-o‘zicha sodir bo‘ladigan jarayonlardir. Bu jarayonlarda vaqt yo‘nalishi t 1 daqiqadagi holatidan t 0 (boshlang‘ich) vaqtdagi holatga o‘z-o‘zicha qaytmaydi. Klauzius 1865-yilda o‘z-o‘zicha sodir bo‘ladigan jarayonlarning yo‘nalishi haqidagi yangi funksiya entropiyani kiritish bilan yechadi. Termoizolatsiyalangan berk tizimda jarayonlar o‘z-o‘zicha entropiyaning oshishi yo‘nalishida boradi. Entropiya S tizimidagi tartibsizlikning o‘lchovi sifatida tushuniladigan bo‘ladi. Ya’ni: o‘z-o‘zicha sodir bo‘ladigan jarayonlar tartibsizlikning ortishi tomonga boradi. Shunday qilib, Klauzius termodinamikaning ikkinchi qonunini ifodalab berdi: «o‘zgarmas energiyaga ega tizimlarda o‘z-o‘zicha kechadigan jarayonlarda entropiya hamisha o‘sib boradi». Avstriya fizigi L.Boltsman entropiyaning fizik ma’nosini tushuntirib beradi. Uning fikriga ko‘ra, entropiya tizimdagi tartibsizlik o‘lchovidir. Tizimdagi to‘liq tartib entropiyaning minimum qiymatiga to‘g‘ri keladi. Har qanday tartibsizlik uni o‘stiradi. Maksimal entropiya to‘liq betartiblikka mos keladi. Aytaylik, entropiya tartibsizlik o‘lchovi ekan, u suyuqlikda kristaldagiga nisbatan katta yoki suv entropiyasi muz entropiyasidan kattadir. Real jarayonlarda holat qanday kechadi? 4

Boltsman quyidagi xulosalarga keladi: juda ko‘p zarralardan tashkil topgan har qanday tizim ehtimolligi kamroq holatdan ko‘p usullar va jarayonlar orqali ehtimolligi ko‘proq holatga o‘tadi. Vaqt oralig‘ida qaytarilmas jarayon entropiyaning o‘sishida namoyon bo‘ladi. Klassik fizika tabiatdagi ichki holati o‘zgarmas obyektlar bilan ish ko‘radi. Termodinamika fizik jarayonlar, tizimlar evolutsiyasiga, tadrijiy o‘zgarishga duch keladi. Vaqt obyektini uzviy parametriga, jarayon yo‘nalishini ko‘rsatuvchi funksiyasiga aylanadi. Lekin, termodinamikada ko‘rib chiqiladigan tizim evolutsiyasi haqidagi tasavvur Darvin ta’limotidagi evolutsiya tushunchasidan tubdan farq qiladi. Termodinamik obyektlardagi jarayonlar evolutsiyasi, ya’ni entropiyaning o‘sishi tartibotdan tartibsizlikka o‘tishini bildiradi. Darvin ta’limotida tabiiy tanlanish, yashash uchun kurash, organizm va populatsiyaning evolutsiyasi davomida biologik tizimlar takomillashib boradi. Tabiatshunoslikda evolutsiyaning ikki xil ma’nosi: tashkillashish tartibotning mukammallashishi (biologiyada) va tartibotdan tartibsizlikka o‘tish kabi talqinlar paydo bo‘ladi. Klauzius entropiya tushunchasini koinot haqidagi tasavvurlarga tadbiq qildi. Ya’ni: - koinotda energiya hamma vaqt doimiy, o‘zgarmasdir; - koinot entropiyasi har doim o‘sadi. Agar koinotdagi barcha jarayonlar termodinamik muvozanatga intiladigan bo‘lsa, unda entropiya maksimum qiymatga erishadi, harakat o‘zgarish yo‘qoladi. Shu bois koinotning «issiqlik o‘limi» - olamning oxirgi holati, intihosini bildirib, bu holat go‘yo barcha harakat turlari va shakllarining qaytarilmas muvozanatlashgan issiqlik shakliga aylanishi natijasida entropiyaning maksimal darajasida olamning yalpi muvozanat holatiga o‘tishi g‘oyasini ifodalaydi. Hech qanday energetik farq qolmaydi, koinotda bir xil issiqlik darajasi o‘rnatiladi, harakat yo‘qoladi, koinot «o‘ladi». Bunday xulosa termodinamikaning ikkinchi qonunini mutlaqlashtirish va uni butun koinotga tarqatish asosida qilinadi. Ko‘p olimlar va faylasuflar koinotning «issiqlik o‘limi» g‘oyasini qo‘llab-quvvatlamaydilar. Ular tomonidan quyidagi da’volar keltiriladi: 5