Dodaj do ulubionych

Termodynamika, mechanika statys. i fizyka jądra

IP: *.localdomain / *.internetdsl.tpnet.pl 22.08.06, 03:09
I. WSTĘP

Termodynamika klasyczna to dział fizyki, który opisuje zjawiska cieplne, w
ogóle nie wchodząc w strukturę mikroskopową materii.

Boltzmann, Gibbs i jeszcze inni zaczęli opisywać te zjawiska na gruncie teorii
atomowej, i z tego narodziła się nowocześniejsza teoria zjawisk cieplnych,
znana jako mechanika stystyczna, termodynamika statystyczna, czy fizyka
statystyczna (tych trzech terminów używa się w zasadzie wymiennie). Z biegiem
czasu do mechaniki statystycznej dokooptowano opis kwantowy. Dzisiejsza
mechanika statystyczna posługuje się takimi wyrafinowanymi pojęciami i
"narzędziami", jak operator gęstości i macierz gęstości. Bez przejścia
porządnego kursu mechaniki kwantowej, pojęć tych nie sposób zrozumieć.

Zasadniczym celem zarówno termodynamiki klasycznej, jak i mechaniki
staystycznej, jest opis własności MAKROSKOPOWYCH. Dlatego zajmują się one
systemami składającymi sie z ogromnej liczby mikrocząstek. Zasadniczo! Bo
czasu sie zmieniają... Pojawiają się nowe obiekty, które już w ogóle
"własności makroskopowych" nie mają... bo czy "kropka kwantowa" moze miec
własności makroskopowe?

Jądro atomowe, jak wiadomo, składa się najwyżej z dwustu kilkudziesieciu
nukleonów. To niewiele. Czy mechanika stystyczna w ogóle sie nadaje do opisu
takiego obiektu?

II. O CO W OGÓLE CHODZI

W wątku:

forum.gazeta.pl/forum/72,2.html?f=32&w=46807503
Ja pokłociłem się z Moim Szanownym Oponentem (którego będę określał skrótem
MSO; kto to zacz, każdy może zobaczuyć w tym wątku).

MSO jest chyba jakimś wybitnym uczonym, a w każdym razie przybiera takie
pozy. Bez przerwy mnie łaje "z pozycji wyższości", nazywając ignorantem i
podobnymi epitetami. Twierdzi, że nie rozumiem rzeczy oczywistych, a kiedy ja
mu pokazuję, że rozumiem (kurcze pieczone, przecież uczę tych rzeczy od
lat!!), to on uderza w ton: "no, wreszcie zrozumiałeś!".

MSO mnie poucza, między innymi, że mechanika statystyczna nie nadaje się do
stosowania w fizyce jądra atomowego, bo stany jądra to jest domena wyłącznioe
mechaniki KWANTOWEJ. MSO łaje mnie: "ty nie rozumiesz róznichy między
mechaniką statystyczną i mechaniką kwantową!" (kurcze, jakbym obu tych rzeczy
wiele razy nie wykładał!).

No więc z tą niestosowalnością Stat. Mech. do jądra cuś mi nie klapowało. Ja
się zajmuję osobiście fizyką ciała stałego i fizyka jądrową brałem już bardzo
dawno (wykladała nam ja na Wydziale Fizyki UW Pani prof. Ewa Skrzypczak,
jeszcze wtedy docent) i poźniej tylko to tu, to tam coś jeszcze zasłyszałem.
Ale z tą "niestosowalnością" Stat. Mech. do jądra jakos mi coś nie grało...
Cos mi sie kołatało we łbie, że to jednak nie tak, jak utrzymuje Guru MSO.

No, dobrze. Może i MSO jest wielkim uczonym i z tego powodu przybiera takie
nadęte pozy wszechwiedzącego i tak łaje mnie, maluczkiego. Ale ja mam jednak
nad MSO pewną przewagę! Jako "tenured faculty" na amerykańskiej uczelni mam
najlepszych speców w danej dziedzinie w USA po prostu nie tyle "w zasięgu
ręki", co w zasięgu telefonu.

No to po prostu zacząłem wykonywać telefony. Poźno się do tego zabrałem, już
po godz. 15:00 u mnie. A ja jestem na Zachodnim Wybrzeżu. Więc na Wschodnim
Wybrzeżu ludzie już poszli do domu. Ale na Zachodznim dorwałem jeszcze prof.
Philipa Siemensa, współautora (wraz z Akselem Jensenem) ksiązki "Ellements of
Nuclei: Many-body physics with the strong interaction". Zapytałem go: "Czy w
fizyce jadra atomowego stosuje się formalizm mechaniki statystycznej?"
W odpowiedzi padło gromkie "Absolutely!!", co w ustach Amerykanina oznacza
"Oczywiście jak najbardziej tak!!!". No wiec dowiedzialem sie, że stosowanie
formalizmu stat. mech. w fizyce jądrowej zapoczatkował w końcu lat 30-stych
nie kto inny, jak sam Niels Bohr, w swoim historycznym artykule w "Nature", no
i od tej pory te statystyczno-mechaniczne metody iodniosły liczne tryumfy w
fizyce jądrowej. Powiedział mi też, gdzie dokładnie mam szukac omówienia tego
w jego książce (którą zaraz potem wypożyczyłem z biblioteki).

No więc, cuś mi sie widzi, że na dyletanta to nie ja jednak wychodzę..:o)))

Dzis sobie poczytam tego Siemensa, a jutro sróbuje dorwac dalszych szpeniów.
Wypisałem sobie numery kilku na karteczce. Jeden to niejaki prof. Gibbs z
Yale, niewykluczone, ze potomek samego wielkiego W. Gibbsa, ojca amerykańskiej
fizyki teoretycznej? Z opisu profilu jego dzialalnosci w Yale wynika, ze
stosuje podejscie mechaniki statystycznej w fizyce jądrowej.

Oczywiście, ze znawcami przedmiotu z Polski tez zamierzam sie skontaktować.
Warszawskich jądrowców znam prawie wszystkich osobiście, a co do krakowskich,
to raczej mała szansa, żebym z któryms nie miał wspólnych znajomych.
Srodowisko jest przeciez nie takie duże.

No więc, mam nadzieję, że wyjaśnimy dokładnie, jak to jest w sprawie związków
pomiędzy mechanika statystyczna a fizyka jądrową, no i ostatecznie utrzemy
tej aroganckiej mądrali MSO nosa.

A co do kwestii, kiedy liczba cząstek N staje sie z punktu widzenia stat.
mech. "dostatecznie duża": Phil Siemens w czasie naszej rozmowy przytoczył mi
opinię na ten temat swojego profesora z MIT, gdzie sudiował on był: "N is
sufficiently large when the Strirling Approximation holds within 20%".
Przybliżenie Stirlinga, ln(N!) =/~ Nln(N) - N, stosuje sie do obliczania silni
dużych liczb. A dokładność lepszą, niz 20%, osiąga ono gdy N ma wartośc... pięć.

Siemens mówi, że "narzedzia" mechaniki statystycznej sprawdzają sie bardzo
dobrze w fizyce jądrowej począwszy już od jąder zawierających 40-50 nukleonów.

O tym, czeg się dowiedziałem z następnych rozmów, napiszę.

Myśle też, ze jakiegoś polskiego eksperta mozna by poprosic o oświecenie nas
na Forum "Tylko Nauka". Problem jest przeciez interesujący sam w sobie!
Przypouszczam, że stosunkowo szybko uda mi sie takiego eksperta znaleźć.
Edytor zaawansowany
  • Gość: t0g IP: 12.45.62.* 22.08.06, 09:34
    Wieczorem, jak zapowiadalem, zajalem sie przegladaniem ksiazki Siemensa i
    Jensena. No i zaraz znalazlem material, ktory zdecydowanie przeczy temu, co MSO
    utrzymuje. Okazuje sie, ze podejscie na gruncie mechaniki statystycznej jest jak
    najbardziej stosowane w fizyce jadra atomowego.

    W ponizszym linku skopiowanych jest kilka stron z rozdzialu 4 ksiazki:

    groszek.741.com/Nopes/siem_ch4.pdf
    Na poczatku podrozdzialu 4.1 A. wylozona jest “filozofia” tego podejscia. W
    drugim akapicie powiedzine jest, ze jedna mozliwa metoda “polegalaby na uzyciu
    komputera dla znalezieniu energii stanow zwiazanych przez rozwiazanie
    stacjonarnego rownania Scroedingera”. Czyli byloby to podejscie na gruncie
    mechaniki kwantowej, zgodnie z tym, co mowi MSO. Autorzy jednak zaraz potem
    pisza o podejsciu, ktore “is more illuminating” (lepiej objasnia sprawy?).
    “Poniewaz mamy do czynienia z ukladem wielu czastek, MOZEMY ZAPOZYCZYC ARGUMENTY
    Z MECHANIKI STATYSTYCZNEJ WIELKIGO SYSTEMU”. Dalszy opis zywcem przypomina
    podejscie, ktore stosujemy przy statystyczno-mechanicznym podejsciu do tak
    prostego systemu, jakim jest zwykly gaz. W podejsciu takim rozwazamy czastki
    gazu w “pudle”, i stany kwantowe czastek sa w przyblizeniu falami plaskimi,
    charakteryzowane przez wektor pedu.

    To w wielkim skrocie streszczenie istotnych punktow z Rozdzialu 4. Siemens w
    naszej rozmowie telefonicznej jednak zasugerowal, by glowna uwage zwrocic na
    poczatek rozdzialu 10. Wylozone sa tam podstawy teorii Nielsa Bohra z roku 1936,
    ktora zapoczatkowala statystyczno-mechaniczne podejscie w fizyce jadrowej.
    Fotokopie kilku pierwszych stron tego rozdzialu umiescilem w ponizszym linku:

    groszek.741.com/Nopes/siemch10.pdf
    Rozdzial ten omawia pojecie ‘jadra zlozonego”, wprowadzone przez Bohra. Na
    drugiej stronie dokumentu (str. 246 w ksiazce) jest kopia notki z “Nature’,
    anaonsujaca prace Bohra zawarta w tym samym numerze czasopisma. Nie chce sie
    zbytnio rozwodzic nad trescia rozdzialu –pragne tylko zwrocic uwage na
    nastepujace punkty. A wiec, rownanie 10.1.5 na stronie 248 definiuje funkcje
    partycji Z. A kazdy, kto mial do czynienia z mechanika statystyczna, wie, ze
    funkcja partycji to jest podstawa wszelkich rozwazan w tej teorii. Dalej,
    rownanie 10.1.18 wprowadza entropie – pojecie, jak wszyscy wiemy, o jak
    najbardziej “termodynamicznym rodowodzie”. Dalej, w tekscie pod rownaniem
    10.1.20, mowa jest o “potencjale chemicznym”. To przeciez tez jak najbardziej
    pojecieze “zwyklej” mechaniki statystycznej. Nastepnie mowa jest o analogiach z
    termodynamika, oraz wprowadzona jest temperatura w taki sam sposob, jak w
    mechanice statystycznej kazdego systemu – odwrotnosc temperatury to pochodna
    entropii po energii. Wreszcie, w tekscie pod rownaniem 10.1.29 mowa jest
    wyraznie o ‘temperaturze jadrowej”. I na koniec, akapit rozpoczynajacy sie w
    polowie strony 252 wyraznie stwierdza: “Zwykla makroskopowa termodynamika jest
    tak podobna do tej odnoszacej sie do skonczonego ukladu, ze mozemy latwo
    wykorzystac te bliska analogie w wielu zastosowaniach”.

    Coz – wnosek nasuwa sie taki, ze MSO z wielka pewnoscia siebie mowi o rzeczach,
    ktore tak naprawde nie w pelni on rozumie…

    Oczywiscie, mozna tu zauwazyc, ze statystyczno-mechaniczne podejscie Bohra nie
    jest zupelnie “swiezej daty”, a i ksiazka Siemensa i Jensena relacjonuje stan
    wiedzy sprzed lat 19-tu. O ile sie jednak orientuje, od tamtej pory jakis
    zasadniczy przelom w teorii jadra atomowego jednak nie nastapil. Wiec
    zdecydowanie nie jest to “muzealny” material.

    Ja bede sie jednak dalej staral kontaktowac z fachowcami, zeby uzyskac pelna
    informacje, jak wyglada sytuacja z podejsciem statystyczno mechanicznym w fizyce
    jadrowej na dzien dzisiejszy.

    Wracajac jeszcze do ttego, co powiedziane bylo na samym poczatku o podejsciu
    “czysto kwantowym”, polegajacym na rozwiazywaniu rownania Schroedingera.
    Dlaczego ta metoda nie odgrywa naczelnej roli? Jak przypuszczam, odpowiedz jest
    prosta – tego rodzaju procedura jest piekielnie trudna i chyba nawet dzisiejsze
    super-hiper-komputery nie sa w stanie jej podolac w zadowalajacy sposob. Byc
    moze tu sie myle – ale sprobujemy dotrzec do ludzi, ktorzy beda potrafili i te
    sprawe wyjasnic.
  • Gość: braat1 IP: *.centertel.pl 22.08.06, 13:51
    Czesc, Nie chce cie martwic, ale chyba zauwazyles ze w stosunku do MSO argumeny
    maja znaczenie marginalne, a liczy sie tylko czy ktos mu przytakuje, czy nie.
    Takze pomimo, bardzo ciekawych dwoch postow i tak w oczach MSO nie masz racji.
    Przykro mi. :)
    Pozdrawiam

    PS. czy moglbys podac link do Tylko nauka?
  • Gość: t0g IP: 12.45.62.* 22.08.06, 20:31
    z UW. Tylko ten UW to nie jest Uniwersytet warszawski, a Univesity of Washington
    w Seattle - jest tam znany i silny zespol zajmujacy sie fizyka jadrowa. Prof.
    Snovera umiescilem na mojej liscie kontaktow takze z tego powodu, ze jest on
    dobrze znany polskim fizykom jadrowym - m. in. blisko wspolpracowal z prof.
    Marta Kicinska, ktora jakis czas temu byla Dziekanem Wydzialu Fizyki
    Uniwersytetu Warszawskiego. Bezposredni kontakt z prof. Kicinska bylby jeszcze
    bardziej pozadany - bo przeciez najlepiej rozmawiac w polskim gronie - ale mnie
    jest trudniej z nia sie skontakowac, bo od Seattle dieli mnie odleglosc 400 km i
    zero stref czasowych, a od Warszawy 10 000 km i dziewiec stref. Wiec jak rano
    wstaje, to ludzie w Warszawie juz dawno wyszli z pracy!

    No wiec, w swietle tego, co uuslyszalem od Snovera, poglad, ze mechanika
    statystyczna jest nieprzydatna w fizyce jadrowej, rozlatuje sie doslownie na
    proszek. Kompletna bzdura, mechanika statystyczna jest nader szeroko uzywana w
    fizyce jadrowej i to w bardzo podobny sposob, jak w przypadku jej uzycia do
    opisu gazow czy cial stalych.

    "Czysto kwantowe" podejscie, polegajace na rozwiazywaniu rownania Scroedingera,
    moze byc uzyte tylko w przypadku najlzejszych jader - zadanie jest tak
    skomplikowane, ze najszybsze superkomputery nie sa sobie w stanie z nim
    poradzic, z wyjatkiem stosunkowo prostych sytuacji.

    Juz na podstawie dotychczasowych kontaktow i lektury widze, ze MSO po prostu nie
    wie, o czym mowi - i nie ma raczej sensu tracic wiecej czasu na polemike. MSO
    wydaje sie po prostu byc "mieszanka" wiadomosci na poziomie Wikipedii i
    kolosalnej pewnosci siebie.
  • top9 22.08.06, 20:43
    rozważ t0g-u zaproszenie prof. Marii Kicińskiej na TN jako gościa TN oraz
    skopiowanie Twoich postów z tego watku na TN - to bardzo interesujacy temat,
    który powstał dzięki MSO - choć pewnie nie spodziewał się akurat takiego
    finału! Warto temat kontynuować na TN, który przecież założyłeś t0g-u m.in. dla
    takich ciekawych tematów.

Popularne wątki

Nie pamiętasz hasła

lub ?

 

Nie masz jeszcze konta? Zarejestruj się

Nakarm Pajacyka