Мы узнали немного о термодинамике, которая изучает изучение тепла и тепловой энергии.
Однако, более общее является полем статистической механики.
Статистическая механика более общая база
которая показывает, как макроскопические свойства, такие как тепло возникают из статистики действий
или механики большого числа микроскопических компонентов таких как атомы и молекулы.
Мы видели пример в нашей NetLogo модели.
Вообразите что комната с воздухом полна небольших шариков
различных молекул воздуха движущихся с различной скоростью.
Макроскопическими свойствами этой комнаты полной воздуха могут быть
температура или давление в комнате, находящиеся в компетенции термодинамики.
А микроскопические свойства могут быть
позиция и скорость молекул воздуха,
и если вы рассмотрите все силы действующие на них.
Статистическая механика может выстроить мост между этим двумя крайностями и сказать нам
как статистика положений и скоростей молекул
порождают температуру и давление и так далее.
Статистика микроскопических свойств приводит к макроскопическим свойствам.
Теперь мы можем говорить о различных понятиях энтропии в термодинамике и статистической механике.
В термодинамике, как мы говорили уже,
энтропия измеряет количество потери тепла при преобразовании энергии в работу,
то есть, сделать полезные вещи.
Это понятие энтропии было впервые предложено Рудольфом Клаузиусом,
немецким ученым работавшим в 1800-х годах.
Идея в том что потеря тепла вид беспорядка в системе.
Система преобразования энергии одного вида в энергию другого рода,
таких как энергия от калории механическая энергии.
И это очень упорядочено, но есть некоторый беспорядок в системе, которая нагревается.
Эта теория Клаузиуса была применена к теплу.
Статистическая механика обобщает эту идею.
В статистической механике, энтропия измеряет что-то абстрактное.
Это число возможных микросостояний приводящих к основному макрососотоянию.
Я определю эти термины немного позже.
Но позвольте мне для начала отметить немного более общее понятие
введенное Австрийским физиком Людвигом Больцманом,
который работал немного позже Клаузиуса.
В настоящее время с этой точке зрения, расстройство системы, а именно энтропия
функция числа возможных микросостояний.
Давайте поговорим об этом, что это означает, через минуту.
Но я указываю это будет гораздо более общая теория
которая относиться не только к теплу и не только к физике,
но ко многим другим различным полям, которые мы рассмотрим позже.
Теперь мы собираемся немного отклониться от темы,
я вам расскажу что подразумевается под понятием микросостояний и макросостояний.
Чтобы показать это, я собираюсь использовать пример игрового автомата,
и вы увидите, актуальность этого немного позже.
Этот игровой автомат имеет три различных окна.
Каждое содержит пять различных фруктов.
И когда вы потяните рычаг, вставите монету и дернуте за рычаг,
колесо вращается и выбирает конкретный плод наугад.
Мы можем сказать, что микросостояние этой машины является конкретная конфигурация окон автомата,
то есть конкретная конфигурация трех фруктов в этом порядке.
Микросостояние в этой картине здесь вишня-лимон-яблоко.
Другая допустимая возможность, яблоко-груша-апельсин, если потянуть другой рычаг.
Теперь для нас важно, что микросостояние здесь это тройка фруктов,
а не индивидуальное значение фрукта.
Вишня-лимон-яблоко это микросостояние, но вишня в одиночку не будет микросостоянием.
Микросостояние это описание состояние автомата, которое показывает фрукты в окнах.
А макросостояние коллекция или набор микросостояний.
одним из примеров может быть так называемое выигрышное состояние,
которое есть коллекция всех микросостояний в которых вы получаете три одинаковых фрукта.
Например, если вы получите вишня-вишня-вишня, вы победите.
Этот автомат мог бы вернуть вам денег.
Другим примером мог бы быть лемон-лемон-лемон.
Теперь позвольте мне представлить два вопроса для вас.
Во-первых, сколько микросостояний порождают выигрышные макросостояния?
И второе, сколько микросостояний приведут к проигрышным макросостояниям?
Tо есть, проигрышное микросостояние является совокупностью всех микросостояний, в которых вы не выигрываете.
Это не совсем викторина, поскольку, я не ожидаю, что вы сможете ответить на этот вопрос.
Но я вас спрошу об этом, т. к. некоторые из вас способны это сделать.
Давайте называть их challenge вопросы.
Если вы не можете ответить на них, просто перейдите на следующий видео, где я объясню, как это сделать.