Watt' ın buhar makinesinden mekanik ve termodinamiğin birleştirilmiş kuantum teorisine

From Watt's steam engine to the unified quantum theory of mechanics and thermodynamics

Abstract

Thermodynamics is the science that deals with all the phenomena that involve the transfer of energy, i.e. heat and work. Its development started in 1824 with the efforts of Sadi Carnot to improve the closed-cycle steam engine discovered by James Watt in 1764. In 1850, R. Clausius laid the foundations of the laws of thermodynamics. Soon thereafter a conflict between the second law of Thermodynamics and the laws of mechanics was pointed out by Maxwell in 1871 and was illustrated clearly by what has come to be known as Maxwell's demon. This conflict was addressed by Brillouin (1949) based on the work of Szilard (1929) and of many others. They all claimed that although the objective state of a system is fully describable by mechanics, classical or quantum, and evolves according to the laws of mechanics, some states of the system as perceived by an observer are subjective and reflect the lack of information the observer has about the actual mechanical state of the system. This point of view is, in effect, the information-theory interpretation of thermodynamics which, currently, is widely accepted. The central point of this paper is to describe the reasons why the information-theory interpretation of thermodynamics is contrary to physical reality. It shows that a logically viable hypothesis which reconciles mechanics with thermodynamics is the existence in nature of physical states that have objective uncertainties broader than those implied in quantum theory as it is traditionally formulated. The consequences of this hypothesis are presented in the Unified Quantum Theory of Mechanics and Thermodynamics, by Hatsopoulos and Gyftopoulos.

Özet

Termodinamik, enerji transferi yani ısı ve iş içeren bütün olaylarla uğraşan bir bilimdir. Gelişimi 1874 yılında Sadi Carnot'un James Watt tarafından 1764 'te keşfedilen kapalı çevrimli buhar makinesini iyileştirme çabaları ile başlamıştır. 1850'de R.Clausius termodinamik kanunlannın esaslannı ortaya koydu.Çok geçmeden Termodinamiğin ikinci kanunu ile mekanik kanunlari arasinda bir çelişki olduğuna Maxwell tarafından 1871 de işaret edildi ve bilindiği gibi Maxwell'in şeytanı ile açıkça gösterildi.Bu çelişkiye Brillouin(1949) tarafından da Szilard (1929) ve diğer birçok kişinin çalışmaları esas alınarak ilgilenildi. Bu kişilerin hepsinin iddiasına göre, her ne kadar bir sistemin objektif durumu klasik veya kuantum mekaniği ile tümüyle tarif edilebilmekte ve mekanik kanunlarına göre gelişmekte ise de, sistemin bazı durumları gözlemci tarafından sübjektif olarak algılanmakta ve bu durum gözlemcinin sistemin gerçek mekanik durumu hakkındaki bilgisizliğini yansıtmaktadır.Bu bakış açısı, aslında termodinamiğin enformasyon teorisi ile açıklanmasıdır ki bugün yaygın olarak kabul edilmiştir.Bu makalenin ana noktası termodinamiğin enformasyon teorisi açıklamasının neden fiziksel gerçeklere aykırı olduğunun sebeplerini ortaya koymaktır. Makale, mekanik ve termodinamiği birleştiren mantıksal olarak geçerli bir hipotezin kuantum teorisinde işaret edilenden daha geniş objektif belirsizlikleri olan fiziksel durumların doğada mevcudiyeti olduğunu gösteriyor.Bu hipotezin sonuçları Hatsopoulos ve Gyftopoulos tarafından yazilan The Unified Thory of Mechanics and Thermodynamics'de verilmiştir.