Современная теоретическая физика, пожалуй, в большей мере, чем другие естественно-научные дисциплины, является ареной ожесточённой идеологической борьбы. Идеалистическая философия глубоко проникла в основные разделы теоретической физики и стала основой многих модных физических «теорий». Эти реакционные теории тормозят развитие науки и широко используются для пропаганды идеализма и открытой поповщины. Их разоблачение встречает ожесточённое сопротивление со стороны буржуазных учёных, отстаивающих свои классовые интересы. Как метко заметил замечательный учёный нашего века физик-материалист П. Ланжевен: «…Когда тот или иной философ-идеалист ссылается на физика-идеалиста, он лишь берет у него обратно те представления, которые когда-то ссудил ему сам»[2].
Издаваемые в нашей стране книги и учебники по теоретической физике, естественно, должны разоблачать реакционные физические теории и материалистически истолковывать современную физику. Об этой азбучной для советских учёных истине, казалось бы, можно и не напоминать. Однако об этом приходится серьёзно задуматься, когда встречаешься с пропагандой обветшалых, давно разоблачённых идеалистических концепций на страницах книг, претендующих на роль современных учебников по теоретической физике. Речь идёт о серии книг, написанных академиком Л. Ландау совместно с его учениками, под общим заголовком «Теоретическая физика». В этих книгах, по сути дела, широко рекламируются такие реакционные концепции, как «принцип дополнительности», «теория расширяющейся вселенной» и, наконец, теория «тепловой смерти вселенной», хотя авторы и избегают называть их своими именами. Мы остановимся в настоящей рецензии только на последней, изданной в 1951 году книге Л. Ландау и Е. Лифшица «Статистическая физика».
Книга «Статистическая физика» выходит уже третьим изданием тиражом в 10 000 экз. Первые два издания вышли в 1938 году и в 1940 году тиражами в 4 000 экз. и 8 000 экз. Третье издание эначительно отличается от первых двух тем, что в него включена квантовая статистика. Однако идейные установки авторов не изменились, и в этом отношении третье издание повторяет предыдущие.
Предисловие книги начинается с многообещающей фразы[3], что статистическая физика «ведет свое начало от М. В. Ломоносова» и что выдвинутые им представления «послужили основой, на которой была развита кинетическая теория материи Д. К. Максвеллом и в особенности Л. Больцманом, давшим статистическое обоснование термодинамики» (стр. 9). Однако эта вводная фраза никак не связана с остальным текстом и является лишь привеском, вуалирующим истинные взгляды авторов. После признания, что физик-материалист Л. Больцман, развивая идеи, тождественные ломоносовским воззрениям на природу тепла, дал статистическое обоснование термодинамики, тут же утверждается, что «многие важные вопросы статистики[4] до настоящего времени не вполне выяснены, и их разрешение наталкивается на значительные трудности. Сюда относятся как некоторые общие проблемы (например, вопрос о физических основаниях закона возрастания энтропии), так и различные конкретные вопросы…». Таким образом, на 9-й странице авторы признают, что Л. Больцман, исходивший из представлений материалистической атомистики, дал обоснование термодинамики, то есть первого и второго её начал, а на 10-й странице утверждают, что физические основания закона возрастания энтропии, или «второго закона термодинамики»[5], не вполне выяснены.
Ниже мы увидим, что последнее утверждение не случайная оговорка, а твёрдое убеждение авторов в невозможности обоснования второго начала термодинамики исходя из атомистических представлений о строении вещества, которое они пытаются доказать на протяжении всей книги, а в предисловии высказывают только мимоходом.
Следует напомнить, что вопрос обоснования второго начала термодинамики в рамках атомистических представлений не является узко специальным вопросом статистической физики, а имеет глубокое принципиальное значение. Именно по этому вопросу в конце прошлого века жестоко боролись два направления: материалистическая атомистика, утверждавшаяся Л. Больцманом, и идеалистическая энергетика, защищавшаяся Оствальдом, Э. Махом и их многочисленными приверженцами.
Л. Больцман, создавший кинетическую теорию материи, исходя из атомистических представлений, доказал возможность статистического обоснования термодинамики.
Вместе с тем Л. Больцман показал и ограниченность второго начала термодинамики, чем окончательно подорвал основы так называемой теории «тепловой смерти» вселенной, возникшей на почве незаконной абсолютизации второго начала. Что касается Оствальда, Маха и их приверженцев, ярых противников материалистической атомистики, то они сосредоточили все усилия на ниспровержении теории Больцмана. Главный удар при этом был направлен против наиболее принципиального вопроса — о возможности статистического обоснования термодинамики, ибо именно это обоснование окончательно выбивало почву из-под ног у идеалистической энергетики и теории «тепловой смерти». Известно, что материалистическая атомистическая теория тепла, развитая далее Дж. В. Гиббсом в форме статистической механики и подтверждённая многочисленными экспериментами в области броуновского движения, одержала в начале XX века блестящую победу над идеалистической энергетикой. Теория Больцмана — Гиббса прочно вошла в науку, и, таким образом, гениальные идеи М. В. Ломоносова, получившие дальнейшее развитие в грудах этих учёных, окончательно восторжествовали. Идеалистическая же энергетика была сдана в архив истории.
Несмотря на всё это, находятся учёные, которые во второй половине XX века вновь пытаются воскресить представление об абсолютном характере второго начала термодинамики, а отсюда фактически и о неизбежности тепловой смерти вселенной. В конце первой главы, озаглавленной «Основные принципы статистики», после параграфов, посвящённых обсуждению некоторых общих теорем теории вероятностей и общих положений о классических и квантовых ансамблях, авторы переходят к обсуждению смысла энтропии и её поведения во времени. Без всякой попытки исследования поведения этой физической величины, исходя из общих свойств движения статистических ансамблей (хотя бы в духе исследований Гиббса), авторы просто постулируют[6] закон возрастания энтропии, утверждая: «…Если замкнутая система в некоторый момент времени находится в неравновесном макроскопическом состоянии, то наиболее вероятным следствием в последующие моменты времени будет монотонное возрастание энтропии системы» (стр. 43). Чтобы не было кривотолков относительно выражений «наиболее вероятным следствием» в духе больцмановскнх представлений о возможности обратных процессов с убыванием энтропии, авторы тут же оговариваются, что фактически уменьшение энтропии невозможно: «Отвлекаясь от уменьшений энтропии, связанных с совершенно ничтожными флуктуациями, мы можем поэтому сформулировать закон возрастания энтропии следующим образом: если в некоторый момент времени энтропия замкнутой системы отлична от максимальной, то в последующие моменты энтропия не убывает — увеличивается или в предельном случае остается постоянной» (стр. 43).
Итак, Л. Ландау и Е. Лифшиц в полном единодушии со всеми критиками Л. Больцмана просто постулируют закон возрастания энтропии, считая его незыблемым законом природы, не допускающим нарушений. «Во всех осуществляющихся в природе замкнутых системах энтропия никогда не убывает — она увеличивается или в предельном случае остается постоянной»,— утверждают они ещё раз в конце параграфа, чтобы не осталось сомнений в незыблемости этого закона.
Из этих формулировок с неизбежностью вытекает абсолютная необратимость процессов в любых достаточно больших участках вселенной, т. е. представление о неминуемости безвозвратного превращения всех форм движения материи в наиболее пассивную — тепловую. Оговорка о «замкнутых системах» не спасает положения дела, ибо абсолютно замкнутых систем в природе вообще не существует, и естественно подразумевается, что этот закон справедлив для почти замкнутых систем (иначе он вообще был бы лишён всякого смысла). Любая достаточно большая астрономическая система (например, Галактика) может рассматриваться как почти замкнутая в течение достаточно большого промежутка времени. Таким образом, по Л. Ландау н Е. Лифшицу, неизбежно то, что раньше именовалось «тепловой смертью» вселенной, то есть неминуем переход любой астрономической системы в состояние теплового равновесия.
Известно, что из этой реакционной теории, построенной на почве незаконной абсолютизации второго начала термодинамики, непосредственно вытекало представление об ограниченности периода «активного» состояния вселенной, в течение которого возможны взаимные превращения различных форм движения материи. Отсюда, в частности, следовало, что состояние вселенной, при котором возможно существование на отдельных планетах органической жизни, является ограниченным во временя, эпизодическим событием, невозможным в некотором отдалённом прошлом и более неповторимым в будущем. Теория «тепловой смерти» утверждала, таким образом, представление о качественной уничтожаемости движения. Из этой теории выводилась неизбежность существования абсолютного «начала» и абсолютного «конца» вселенной по времени.
Теория «тепловой смерти» вселенной в своё время подверглась уничтожающей критике Энгельса. Излагая основы материалистической диалектики, Энгельс указывал, что «…вся природа, начиная от мельчайших частиц ее до величайших тел, начиная от песчинки и кончая солнцем, начиная от протиста и кончая человеком, находится в вечном возникновении и уничтожении, в непрерывном течении, в неустанном движении и изменении»[7]. И далее он замечает, что материя движется в вечном круговороте, «в котором каждая отдельная форма существования материи — безразлично, солнце или туманность, отдельное животное или животный вид, химическое соединение или разложение — одинаково преходяща и в котором ничто не вечно, кроме вечно изменяющейся, вечно движущейся материи и законов ее движения и изменения»[8]. Исходя из этого, Энгельс приходит к заключению, что «…материя во всех своих превращениях остается вечно одной и той же, что ни один из ее атрибутов не может погибнуть и что поэтому с той же самой железной необходимостью, с какой она некогда истребит на земле свой высший цвет — мыслящий дух, — она должна будет его снова породить где-нибудь в другом месте и в другое время»[9]. В результате Энгельс делает тот вывод, что в природе должны существовать процессы, которые могут привести вселенную вновь в неравновесное состояние, «хотя бы после миллиардов лет, более или менее случайным образом, но с необходимостью, присущей и случаю»[10].
К тем же выводам о неизбежности «обратных» процессов во вселенной после Энгельса пришёл и Больцман. Он предложил физическую теорию процессов, возвращающих вселенную в неравновесные состояния. Это предложение, названное в дальнейшем «флуктуационной гипотезой», основывалось на фундаментальных исследованиях Больцмана, вскрывших ограниченность второго закона термодинамики и показавших его статистическую природу. Исследования Больцмана (а затем Смолуховского) показали, что термодинамическая необратимость макроскопических процессов не является абсолютным законом природы, а находится в гармонической связи с полной обратимостью микроскопических законов движения атомов и молекул и что в природе не только возможны, но и необходимы «обратные» процессы, протекающие с убыванием энтропии.
Согласно «флуктуационной гипотезе», поведение вселенной сравнивается с поведением простейшей термодинамической системы (например, однородного газа). Так же как в однородном газе в различных местах спонтанно возникают тепловые флуктуации, ведущие к местным уменьшениям энтропии, так, по Больцману, и во вселенной время от времени происходят гигантские флуктуации, ведущие к образованию миров размером в видимую вселенную, в которых протекают необратимые процессы, подобные протекающим в настоящее время в нашем участке вселенной.
Несмотря на всю упрощённость исходных предположений, гипотеза Больцмана вывела физику из того безнадёжного состояния, в которое её завели незаконные обобщения формальной термодинамики, породившие антинаучную теорию «тепловой смерти» вселенной. Во «флуктуационной гипотезе», несомненно, содержится рациональное зерно, состоящее в том, что в ней доказывается неизбежность во вселенной процессов, обратных процессу установления термодинамического равновесия. Только представление о неизбежности «обратного» процесса с убыванием энтропии, возвращающего вселенную в крайне неравновесные состояния, совместимо с положением Энгельса о качественной неуничтожаемости движения, с положением о том, что материя во всех своих превращениях остаётся вечно одной и той же и что ни один из её атрибутов не может погибнуть. Противоположное же допущение о непрерывном возрастании энтропии во вселенной и о необратимом неуклонном переходе вселенной от менее равновесных состояний к более равновесным с неизбежностью ведёт к представлению об абсолютной уничтожаемости отдельных форм движения материи, отдельных её атрибутов.
Нет необходимости здесь указывать на ограниченность «флуктуационной гипотезы». Несомненно, эта гипотеза является только упрощённой иллюстрацией основной идеи о неизбежности во вселенной восстановления неравновесных состояний, высказанной ещё Энгельсом. В современной космогонии, естественно, эта теория должна принять новую форму. Однако отрицание существа этой идеи, как мы видели выше, равносильно признанию абсолютной уничтожаемости отдельных форм движения материи.
Л. Ландау и Е. Лифшиц мимоходом признают, что «флуктуационная гипотеза» сыграла в своё время прогрессивную роль. Однако эта фраза звучит так же фальшиво, как и первая фраза введения, ибо авторы тут же «ниспровергают» гипотезу Больцмана, не оставляя места для идеи о возможности во вселенной процессов с убыванием энтропии. Это опровержение «флуктуационной гипотезы» не является оригинальным и основано на сопоставлении вероятностей флуктуаций различной величины, подсчитываемых по схеме идеального газа. Ссылаясь на эти подсчёты, авторы утверждают, что флуктуация в размере видимой вселенной исчезающе мало вероятна по сравнению с флуктуацией в размере солнечной системы, которая, по их мнению, достаточна для того, чтобы мог появиться мыслящий наблюдатель. Ясно, что подобное «опровержение» в лучшем случае может рассматриваться как критическое замечание по отношению к конкретной модели вселенной, предложенной Больцманом. Если обратиться к реальной вселенной (не похожей на идеальный газ) и учесть, что человек мог появиться только в результате длительного исторического развития, а не в силу случайных комбинаций, осуществимых в схеме идеального газа, то станет ясно, что такое «опровержение» не выдерживает критики.
Следует также заметить, что для уже осуществившегося события нельзя аргументировать его невозможность малой вероятностью, ибо факт его осуществления переоценивает все априорные вероятности.
Критику гипотезы Больцмана Ландау и Лифшицем можно рассматривать только как ещё одну иллюстрацию концепции авторов об абсолютности процесса возрастания энтропии.
Для обоснования абсолютности второго начала термодинамики авторы используют сперва общую теорию относительности, а затем квантовую механику.
Из общей теории относительности авторы в завуалированной форме привлекают рассуждения Толмана[11], основывающиеся, как известно, на теории «расширяющейся вселенной»[12]. Не подвергая критике эту теорию и полностью принимая её аргументацию, авторы, однако, не удовлетворяются даваемым ею решением вследствие возможности обратить все решения во времени (благодаря обратимости законов механики во времени) и тем самым получить убывание энтропии вместо её возрастания.
Не вполне довольствуясь результатами, даваемыми общей теорией относительности, авторы возлагают надежды на квантовую механику. Замечая, что «основное уравнение квантовой механики — уравнение Шредингера — само по себе симметрично по отношению к изменению знака времени…» (стр. 46), (иначе говоря, что квантовая механика так же обратима, как и классическая и как вообще любая теория микромира, и, следовательно, не может никак обусловить абсолютную необратимость процессов), авторы вытаскивают давно разоблачённую концепцию «необратимости процесса измерения» в квантовой механике. С этой теорией в своё время выступал Б. Давыдов, но, однако, не имел успеха[13]. Л. Ландау и Е. Лифшиц, сочтя, видимо, «неудобным» сейчас, в 1951 году, говорить о необратимости процесса измерения открыто, преподносят это представление в завуалированной, но совершенно очевидной форме. Они утверждают, что неэквивалентность обоих направлении времени (то есть необратимость) «проявляется в связи с основным для квантовой механики процессом взаимодействия квантовомеханического объекта с системой, подчиняющейся с достаточной степенью точности классической механике. Именно, если с данным квантовым объектом последовательно происходят два процесса взаимодействия (назовём их А и В), то утверждение, что вероятность того или иного результата процесса В определяется результатом процесса А, может быть справедливо лишь в том случае, если процесс А имел место раньше процесса В» (стр. 47).
Трудно разобраться непосвящённому читателю в этой «учёной» фразе, ибо авторы искусно зашифровали некоторые простые слова. В книге «Квантовая механика» авторы переводят на обычный человеческий язык некоторые из использованных здесь терминов. Так, оказывается, под «системой, подчиняющейся с достаточной степенью точности классической механике», надо понимать просто «прибор», а под «основным для квантовой механики процессом взаимодействия» следует понимать процесс измерения. При использовании этого словаря перевод получается довольно простым, а именно: «Квантовая механика, по теории дополнительности, не может разделить наблюдателя, прибор и объект измерения. Квантовых объектов вне измерения не существует. Если наблюдатель наблюдает два последовательных события А и В, то для него имеет смысл только указание вероятности более позднего события В после измерения А и бессмысленно указание вероятности А при измерении В, ибо событие А уже прошло». Итак, вся необратимость квантовой механики, по Л. Ландау и Е. Лифшицу, обусловлена не объективными законами движения микрообъектов, а спецификой психологического процесса, происходящего в мозгу наблюдателя. К этому сводятся все «учёные» рассуждения авторов.
Таким образом, стремясь во что бы то ни стало обосновать концепцию абсолютной необратимости, авторы пришли к необходимости использовать махистскую концепцию дополнительности.
Следует здесь заметить, что концепция необратимости элементарных процессов является одной из наиболее реакционных физических концепций, ведущей, например, к представлениям об абсолютной уничтожаемости движений в элементарных процессах. Эта реакционная концепция, к которой пришли Л. Ландау и Е. Лифшиц, была опровергнута наукой уже 50 лет назад.
Укажем ещё на один существенный недостаток книги. Вместо того, чтобы опереться па наиболее совершенные представления о вероятности, развитые Чебышевым и русской школой теории вероятностей, авторы приводят непоследовательное, имеющее узкую область применимости определение вероятности по Эйнштейну и Мизесу как предела отношения времени пребывания системы в данном состоянии ко всему времени наблюдения. Не трудно видеть, что это определение не только не является общим, но не может быть применено и в статистической физике при рассмотрении неравновесных процессов.
Неприятное впечатление оставляет характер цитирования русских и советских авторов. В предметном указателе в конце книги пестрят лишь имена иностранных авторов, как будто ни один закон или формула не связаны с именами русских или советских учёных. А ведь нашими учёными, начиная с Ломоносова и кончая плеядой советских учёных, в области статистической физики сделано немало.
Несколько ссылок на русских и советских учёных сделано в тексте. Однако эти ссылки нельзя читать без возмущения. Так, например, на стр. 200 без всякой связи с излагаемым предметом, только вследствие того, что вскользь упоминается о давлении фотонного газа, даётся примечание с указанием, что существование светового давления было впервые доказано П. Н. Лебедевым в 1900 году. Создаётся впечатление, что авторы специально дали эту ссылку, чтобы их не упрекнули в нецитировании русских авторов. Ведь Лебедеву можно было уделить гораздо больше места и более подобающим способом упомянуть его имя. Аналогичное впечатление оставляет ссылка на знаменитого русского кристаллографа Е. С. Фёдорова на стр. 421. Сперва пространно, с упоминанием многих иностранных имён говорится о возможных кристаллических классах и пространственных группах. И только мимоходом при указании, что всего возможно 230 различных пространственных групп, упоминается, что они были впервые найдены Е. С. Фёдоровым. Не ясно ли, что имя Фёдорова, основателя всей современной кристаллографии, следовало упомянуть в самом начале книги и дать соответствующую оценку его заслуг в этой области науки.
Заметим здесь же, что русских авторов Л. Ландау и Е. Лифшиц предпочитают не цитировать и в других своих книгах. Так, например, в «Квантовой механике» ни разу не упоминается имя Д. И. Менделеева, даже в главе, посвящённой его гениальному открытию. В этой главе, озаглавленной «Периодическая система элементов», упоминается лишь имя Бора, который таким образом выдаётся за автора системы элементов Менделеева.
Мы не останавливаемся здесь на критике более частных вопросов, ибо это должно быть освещено в физических журналах.
Выше было показано, что авторы книги исходят из порочных, идеалистических концепций при изложении принципиальных вопросов статистической физики. Эти порочные взгляды Л. Ландау и Е. Лифшица уже подвергались критике на страницах советских журналов. Странным представляется, однако, то, что Гостехиздат, выпустивший третье издание этой книги, не порекомендовал авторам учесть многочисленные критические замечания, сделанные ранее как по их книгам, так и по работам других авторов, которые использованы в книге. Работники Гостехиздата удовлетворились, повидимому, тем, что авторы для маскировки своих взглядов вставили в текст несколько противоречащих всему содержанию книги фраз с упоминанием заслуг Ломоносова и Больцмана.
Я. П. Терлецкий
Из журнала «Вопросы философии» № 5 за 1951 год, стр.190-194
(Выделения в тексте курсивом — автора, жирным — ред.РП)
[1] Л. Ландау и Е. Лифшиц. Статистическая физика. Государственное издательство технико-теоретической литературы. М.-Л. 1951.
[2] П. Ланжевен. Избранные произведения, стр. 398. Изд-во иностранной литературы. 1949.
[3] Этой фразы не было в первых двух изданиях.
[4] Под «статистикой», согласно введённому в книге жаргону, понимается «статистическая физика».
[5] Л. Ландау и Е. Лифшиц определяют второй закон термодинамики как закон возрастания энтропии. См. стр. 43.
[6] Предшествующий этому утверждению вводный абзац в лучшем случае может рассматриваться как некоторое словесное оправдание или пояснение делаемого постулата.
[7] К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч. Т. XIV, стр. 484.
[8] Там же, стр. 492.
[9] Там же.
[10] Там же, стр. 490.
[11] R. С. Tolman. Relativity, Thermodynamics and Cosmology. Oxford. 1934.
[12] Критику теории Толмана см. в статье Я. П. Терлецкого в «Докладах Академии наук». Т. LXXII, № 6, стр. 1041 за 1950 год.
[13] Критику этой теории см. в статье Я. П. Терлецкого в «Журнале экспериментальной и теоретической физики» № 17, вып. 9, стр. 837. 1947.
Не работает ссылка на оригинал в конце статьи.