14. ЕНТРОПІЯ І ЙМОВІРНІСТЬ
В основі термодинаміки лежить відмінність між двома типами процесів - оборотними і необоротними.
Поняття ентропії дозволяє відрізняти в разі ізольованих систем зворотні процеси (ентропія максимальна і постійна) від незворотних процесів (ентропія зростає).
Завдяки роботам великого австрійського фізика Людвіга Больцмана, ця відмінність було зведено з макроскопічного рівня на мікроскопічний. Стан макроскопічного тіла (системи), заданий за допомогою макропараметрів (параметрів, які можуть бути виміряні макропрібора - тиском, температурою, об'ємом і іншими макроскопічними величинами, котрі характеризують систему в цілому), називають макросостояніем.
Стан макроскопічного тіла, охарактеризовані настільки детально, що виявляються заданими стану всіх утворюють тіло молекул, називається микростанів.
Будь-яке макросостояніе може бути здійснено різними способами, кожному з яких відповідає певний Мікростан системи. Число різних микросостояний, які відповідають цій макросостояніе, називається статистичною вагою W, або термодинамічної ймовірністю макросостоянія.
Больцман першим побачив зв'язок між ентропією і ймовірністю. При цьому він зрозумів, що ентропія повинна виражатися через логарифм ймовірності. Бо якщо ми розглянемо дві підсистеми однієї системи, кожна з яких характеризується статистичними вагою, відповідно W1 і W2, повний статистичний вага системи дорівнює добутку статистичних ваг підсистем: в той час як ентропія системи S дорівнює сумі ентропії підсистем:
Больцман пов'язав поняття ентропії S з InW. У 1906 році Макс Планк написав формулу, яка має основну думку Больцмана про інтерпретацію ентропії як логарифма ймовірності стану системи:
Коефіцієнт пропорційності до був розрахований Планком і названий постійної Больцмана.
Ідея Больцмана про імовірнісний поведінці окремих молекул з'явилася розвитком нового підходу при описі систем, що складаються з величезного числа частинок, вперше розвиненого Максвеллом. Неможливо визначити точно координати і швидкості всіх молекул макроскопічного тіла одночасно в даний момент часу. Завдання слід ставити інакше, а саме - спробувати знайти ймовірність того, що дана молекула має таку-то значенням швидкості. Максвелл ввів для опису випадкового характеру поведінки молекул поняття ймовірності, імовірнісний (статистичний закон). У 1878 році Больцман застосував поняття ймовірності, запроваджене Максвеллом, і показав, що другий закон термодинаміки також є наслідком більш глибоких статистичних законів поведінки великої сукупності частинок.