Различие между частицами как элемент конструкции

Вернемся снова к рис. 3.2. Какой физический смысл имеет форму­ла Д5 — k_BN In 2? Очевидно, это означает, что при соответствующих условиях (в обратимом процессе и т. д.) система может произвести ра­боту, равную А = TAS = Tk_BN in 2.

Рис. 3.3. Устройство для получения работы в процессе смешения газов

сортировать частицы. Без это­го никакой работы нельзя по­лучить ни для идентичных, ни для различных частиц. На рис. 3.3 изображена схема по­добного устройства. Главным элементом любой такой схе­мы является «дискриминатор частиц». На рис. 3.3 роль та­кого дискриминатора играют клапаны а (пропускают толь­ко черные частицы) и кла­паны b (пропускают только белые частицы). Дискримина­тор не может находиться в тепловом равновесии с газом как раз для тех степеней свободы, которые дискриминатор использует для выполне­ния своей функции — сортировки частиц. Если, например, на рис. 3.3 один клапан а поменять местами с одним клапаном Ь, то мы потеряем всякую возможность выполнения работы. Однако энергия системы при такой перестановке клапанов не изменится, и, следовательно, система останется в том же состоянии частичного равновесия. Термодинами­ка утверждает, что работа, которая может быть в принципе получена, не должна зависеть от деталей сортирующего устройства. Тем не менее, молчаливо предполагается, что это устройство должно удовлетворять определенным условиям. Прежде всего, для получения максимальной работы TWln 2 устройство не должно ошибаться. Каждая ошибка в различении частиц означает появление некоторой необратимости процесса. Согласно классической термодинамике, на которой осно­ван подход Гиббса, обратимость процесса обязательна для получения максимально возможной работы. Другое условие, которое никогда не упоминается, потому что оно кажется слишком очевидным для обычных термодинамических систем, заключается в том, что само устройство (демон Максвелла) должно быть достаточно стабильным, чтобы не измениться за время процесса. Это означает, что устройство должно быть элементом конструкции системы.

Если мы следуем общему принципу, согласно которому только наблюдаемые величины могут входить в разумную физическую теорию, то можно сказать, что различие между частицами существует только до тех пор пока наше сортирующее устройство способно их различать. В этом смысле можно сказать, что различие между частицами само является элементом конструкции системы. В самом деле, не только раз­личающее устройство не должно меняться, но и идентичность каждой частицы должна быть достаточно стабильной, чтобы не измениться за время наблюдения.

3.4.4.