Больцман четко разделяет понятие микросостояния и макросостояния системы. Микросостояние определено, если заданы положения и скорости каждой отдельной молекулы.
Макросостояние определено, если заданы макроскопические свойства системы, такие как давление, объем, температура и т.д.
В действительности мы можем определять макросостояние системы. Скорости, координаты каждой отдельной молекулы мы определить не можем, так как система состоит из огромного числа молекул, двигающихся хаотически. Но мы можем понять, что огромное число микросостояний системы может соответствовать одному и тому же макросостоянию. Рассмотрим пример. Пусть у нас имеется четыре плоских диска каждая сторона которых окрашены в белый и черный цвет. Вы их встряхиваете в руках и бросаете. Число выпавших после бросания белых и черных дисков определят макросостояние системы Выпавший белый или черный цвет для каждого диска определяет микросостояние этой системы. Например, выпадут четыре белых диска. Это макросостояние системы. Это состояние может осуществиться единственным микросостоянием. Пусть выпадет один черный диск и три белых. Это макросостояние может осуществиться четырьмя различными микросостояниями.. Мы видим, что данное макросостояние осуществляется четырьмя микросостояниями. Наибольшее число микросостояний, соответствующих макросостоянию, в котором выпадает два белых и два черных диска, соответствует шесть различным микросостоя. По мере увеличения подобных дисков число микросостояний, которыми может реализоваться макросостояние, резко увеличивается.
Из данного примера мы видим, что по мере увеличения числа дисков, вероятность реализации упорядоченного состояния, при котором выпадает только белые или только черные диски, чрезвычайно мала, а вероятность выпадения половины белых и половины черных шаров, наименее упорядоченного состояния, наибольшая.
S = k logW,
где k - постоянная, носящая сейчас имя Больцмана
Формула Больцмана показывает, что энтропия связана с вероятностью, а вероятность напрямую связана с беспорядком. Например, вероятность того, что молекулы газа распределятся по всему объему комнаты и будут двигаться хаотично, гораздо большая, чем если молекулы газа соберутся в углу комнаты и будут двигаться с одинаковыми скоростями. Чем выше энтропия, тем выше беспорядок, и энтропия является вероятностной величиной.
Итак, второе начало термодинамики, говорящее об увеличении энтропии в необратимых процессах, в рамках статистической механики сводится к утверждению, что во Вселенной происходят лишь те процессы, которые наиболее вероятны и хаотичны. Кроме того, второе начало в интерпретации вероятностной теории не запрещает процессы, в которых энтропия уменьшается, но говорит о том, что эти процессы маловероятны.
БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ (брауновское движение) - беспорядочное движение малых частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием ударов молекул окружающей среды.
