г空间,这种空间可以描述相互作用强的粒子组成的体系,以区别玻尔兹曼和麦克斯韦的μ空间,
吉布斯在他的巨著《热力学基础》〔6,10 〕一书中提出了г空间,这种空间可以描述相互作用强的粒子组成的体系,以区别玻尔兹曼和麦克斯韦的μ空间,那种空间是近独立子系的空间,只能描述相互作用微弱而近似独立的粒子组成的体系(其能量不变),一个相点只能描述一个粒子的相。
四 研究史的启示
在谈到数学论证时,我们想到了Prigogine很少提及的吉布斯(J·W·Gibbs)的工作,一般的物理学教材〔4 〕都是按吉布斯的逻辑系统〔10〕编写的;吉布斯是热力学的集大成者,他最终使之成为完善自洽的理论体系。
吉布斯在他的巨著《热力学基础》〔6,10 〕一书中提出了г空间,这种空间可以描述相互作用强的粒子组成的体系,以区别玻尔兹曼和麦克斯韦的μ空间,那种空间是近独立子系的空间,只能描述相互作用微弱而近似独立的粒子组成的体系(其能量不变),一个相点只能描述一个粒子的相。 他应用统计方法求出了他的“正则系综”(canonicalensemble)在相空间中状态分布的概率密度函数,并推出相密度守恒原理:
(附图 )
表示г空间中同一地点,相密度随时间的变化。这是封闭系统的情形,若使D=0,正则系综退化为玻尔兹曼的“微正则系综”,表示相密度不随г空间中地点不同而发生变化(孤立系)。接着,吉布斯进一步提出了“巨正则系综”(grand ensemble),其粒子数、能量、体积均发生变化(开放系)。
但是,巨正则系综仅是一个定性概念,其方程右侧不是一个常数;也就是说其没有稳定态,事实中却存在这种远平衡稳定态。如何解决这个问题,我们有三条途径:
㈠我们可以在正则系综方程左边再引入一个变量,使得右边为零;然而物理学似乎并不存在超越时(t)空(p(,i),q(,i))的第三个“神秘变量”,因此这一变量是特设的,其物理实在性尚待确证。这一思路也等价于我们重新构造一种区别于г空间的新空间,这在数学上似无着落。
㈡将新引入的能量、物质看作一个新正则系综,与被引入系综相加。那么,这样达到的平衡仍是正则系综的平衡态,而不是远平衡态,这条途径将导入死胡同。
㈢吉布斯的г空间理论是唯象论的,是受到麦克斯韦的启发,放弃物质结构内容的假说,转而探寻空熵bá@①:热力学统一的势函数
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间形式结构的〔6〕, 其实在我们尚未得到㈠的条件时,我们可以返回去构造物质结构,本文的“缔子”假设就是第三条权宜之路。
在以上三种方案中,从数学上看,第一种方案是简洁优美的、唯象的,能与吉布斯的唯象理论完全自洽,是我们努力的方向。但在此之前,第三种方案仍不失为一种与吉布斯理论达到弱自洽的实用方案,即将他的唯象的“理念”退化为“物理实在”。我们可以通过这种方案达到第一种方案,从而确定其“神秘变量”的实在意义或新空间的数学形式,履行唯物主义的认识路线。我相信,有识之士在这种启发中能得到更多的东西。
