Кіріспе
Кинетикалық жүйелердегі принцип. Деталды тепе-теңдік принципі элементарлы процестерге (соқтығысулар, немесе қадамдар, немесе элементарлы реакциялар) жіктелген кинетикалық жүйелерде қолданылады. Ол тепе-теңдік күйінде әрбір элементарлы процесс өз кері процесімен тепе-теңдікте болады деп мәлімдейді.
The principle of detailed balance can be used in kinetic systems which are decomposed into elementary processes (collisions, or steps, or elementary reactions). It states that at equilibrium, each elementary process is in equilibrium with its reverse process.
Тарих
Дәлдік тепе-теңдік принципі Людвиг Болцман тарапынан соқтығысулар үшін нақты енгізілді. 1872 жылы ол осы принципті пайдалана отырып, H теоремасын дәлелдеді. Бұл қасиетті қолдауға арналған аргументтер микроскопиялық қайтымдылыққа негізделген. Болцманнан бес жыл бұрын Джеймс Клерк Максвелл газ кинетикасы үшін дәлдік тепе-теңдік принципін жеткілікті себеп принципіне сілтеме жасай отырып қолданды. Ол дәлдік тепе-теңдік идеясын тепе-теңдіктің басқа түрлерімен (мысалы, циклдық тепе-теңдікпен) салыстырды және "Қазір дәлдік тепе-теңдікті қабылдамауға себеп табу мүмкін емес" деп тапты (64-бет). 1916 жылы Альберт Эйнштейн сәуле шығару мен сіңірудің кванттық теориясы үшін дәлдік тепе-теңдік принципін негіз ретінде пайдаланды. 1901 жылы Рудольф Вегшейдер химиялық кинетика үшін дәлдік тепе-теңдік принципін енгізді. Атап айтқанда, ол A1 > A2 > … > An > A1 кері қайтарылмайтын циклдарының мүмкін емес екенін көрсетті және дәлдік тепе-теңдік принципінен туындайтын кинетикалық тұрақтылар арасындағы қатынастарды анықтады. 1931 жылы Ларс Онсагер осы қатынастарды өз жұмыстарында қолданды, осыған байланысты 1968 жылы химия бойынша Нобель сыйлығына ие болды. Дәлдік тепе-теңдік принципі 1953 жылы ойлап табылғаннан бері Марков тізбегі Монте-Карло әдістерінде қолданылып келеді. Атап айтқанда, Метрополис-Хестингс алгоритмінде және оның маңызды ерекше жағдайы – Гиббс үлгі алуында, ол қажетті тепе-теңдік күйін қамтамасыз ету үшін қарапайым және сенімді шарт ретінде қолданылады. Қазіргі таңдағы дәлдік тепе-теңдік принципі – статистикалық механика, физикалық химия, химиялық және физикалық кинетика бойынша университет курстарының стандартты бөлігі болып табылады.
Ендік теңгерім және энтропияның өсуі
Физикалық және химиялық кинетиканың көптеген жүйелері үшін егжей-тегжейлі тепе-теңдік оқшауланған жүйелерде энтропияның қатаң өсуіне жеткілікті шарт жасайды. Мысалы, белгілі Болцманның H теоремасы және егжей-тегжейлі тепе-теңдікпен жалпыланған массалық әрекет кинетикасы. Дегенмен, энтропияның өсуі үшін егжей-тегжейлі тепе-теңдік принципі қажет емес. Мысалы, сызықтық қайтымсыз циклда A1 > A2 > A3 > A1, энтропия өндірісі оң, бірақ егжей-тегжейлі тепе-теңдік принципі сақталмайды. Осылайша, егжей-тегжейлі тепе-теңдік принципі Болцман кинетикасындағы энтропияның өсуіне жеткілікті, бірақ қажетті шарт емес. Бұл қарым-қатынастар егжей-тегжейлі тепе-теңдік принципі мен термодинамиканың екінші заңы арасында 1887 жылы Хендрик Лоренц Болцманның H теоремасына полиатомдық газдар үшін қарсылық білдірген кезде түсіндірілді. Лоренцтің айтуынша, көп атомды молекулалардың соқтығысуына егжей-тегжейлі тепе-теңдік принципі қолданылмайды. Болцман энтропияның өсуіне жеткілікті, жаңа және жалпы жағдайды ойлап тапты. Болцманның шарты уақыттың қайтымдылығына қарамастан, барлық Марков процестері үшін қолданылады. Кейіннен энтропияның өсуі барлық Марков процестері үшін тікелей әдіспен дәлелденді. Бұл теоремаларды Болцманның нәтижесінің жеңілдетілген түрі деп қарастыруға болады. Кейін бұл жағдай "циклдік тепе-теңдік" (өйткені ол қайтымсыз циклдар үшін жарамды) немесе "жартылай егжей-тегжейлі тепе-теңдік" немесе "кешенді тепе-теңдік" деп аталды. 1981 жылы Карло Серчиньяни мен Мария Лампис Лоренцтің аргументтерінің дұрыс емес екенін және полиатомдық молекулалар үшін егжей-тегжейлі тепе-теңдік принципінің жарамды екенін дәлелдеді. Дегенмен, Болцманның осы талқылауда ойлап тапқан жартылай егжей-тегжейлі тепе-теңдік шарттары егжей-тегжейлі тепе-теңдіктің тамаша жалпылануы болып қала береді.