Кіріспе
Физикалық жүйелер, ғаламның басқа бөліктерімен өзара әрекеттеспейтін ән
the song
Физика ғылымында оқшауланған жүйе мыналардың бірі болып табылады: басқа жүйелерден тым алыс орналасқан және олармен өзара әрекеттеспейтін физикалық жүйе. Масса да, энергия да өте алмайтын қатты, жылжымайтын қабырғалармен қоршалған термодинамикалық жүйе. Ішкі жағынан өзінің гравитациялық күшіне бағынса да, оқшауланған жүйе әдетте сыртқы гравитациялық және басқа да ұзақ қашықтықтағы күштердің ықпалына жете алмайды деп есептеледі. Бұл, термодинамикада жиі қолданылатын терминологияда, жабық жүйе деп аталатын жүйеден өзгеше, оның энергиясы жылу немесе жұмыс түрінде өте алады, бірақ материя емес, ал ашық жүйеде материя да, энергия да кіре немесе шыға алады, бірақ оның шекараларының кейбір бөліктерінде әртүрлі өткізбейтін қабырғалары болуы мүмкін. Оқшауланған жүйе өзінің жалпы энергия-массасы тұрақты болатынын сақтайтын заңға бағынады. Термодинамикада көбінесе масса мен энергия жеке-жеке сақталады деп қарастырылады. Қоршаудың қажеттілігі және гравитацияның кең таралғандығы салдарынан, қатаң және идеалды оқшауланған жүйелер тәжірибеде немесе табиғатта кездеспейді. Олар өте пайдалы болғанымен, тек гипотетикалық болып табылады. Классикалық термодинамика әдетте оқшауланған жүйелердің бар екендігін постулаттайды. Сондай-ақ, ол тәжірибе нәтижесі ретінде ұсынылады. Әрине, идеалды оқшауланған жүйе туралы ешқандай тәжірибелік мәлімет жоқ. Дегенмен, тәжірибе көрсеткендей, кейбір физикалық жүйелер, оның ішінде оқшауланғандары да, ішкі термодинамикалық тепе-теңдікке жете алады. Классикалық термодинамика жүйелердің ішкі термодинамикалық тепе-теңдік күйінде болатынын постулаттайды. Бұл постулат өте пайдалы идеализация болып табылады. Термодинамикалық операциядан кейін термодинамикалық тепе-теңдікке бірте-бірте жақындау идеясын түсіндіруге тырысқанда, энтропия термодинамиканың екінші заңына сәйкес өсетін Болцманның H теоремасы, жүйе (мысалы, газ) оқшауланған деп есептейтін теңдеулерді қолданды. Яғни, барлық механикалық еркіндік дәрежесін анықтауға болады, ал қоршау қабырғаларын жай ғана айна шекаралық жағдай ретінде қарастыруға болады. Бұл Лошмидт парадоксына әкелді. Алайда, нақты қоршау қабырғаларындағы молекулалардың және жылулық сәулеленудің стохастикалық мінез-құлқы ескерілсе, жүйе іс жүзінде жылу ваннасында болады. Осылайша, Болцманның молекулалық хаос туралы болжамын негіздеуге болады. Оқшауланған жүйе тұжырымдамасы көптеген нақты жағдайларды жуықтау үшін пайдалы модель ретінде қызмет ете алады. Бұл белгілі бір табиғи құбылыстардың математикалық модельдерін құрастыруда қолданылатын қабылданатын идеализация; мысалы, Күн жүйесіндегі планеталар және сутек атомындағы протон мен электрон көбінесе оқшауланған жүйелер ретінде қарастырылады. Бірақ, уақыт өте келе, сутек атомы электромагниттік сәулемен өзара әрекеттесіп, қозған күйге көше алады.
a physical system so far removed from other systems that it does not interact with them. a thermodynamic system enclosed by rigid immovable walls through which neither mass nor energy can pass. Though subject internally to its own gravity, an isolated system is usually taken to be outside the reach of external gravitational and other long range forces. This can be contrasted with what (in the more common terminology used in thermodynamics) is called a closed system, being enclosed by selective walls through which energy can pass as heat or work, but not matter; and with an open system, which both matter and energy can enter or exit, though it may have variously impermeable walls in parts of its boundaries. An isolated system obeys the conservation law that its total energy–mass stays constant. Most often, in thermodynamics, mass and energy are treated as separately conserved. Because of the requirement of enclosure, and the near ubiquity of gravity, strictly and ideally isolated systems do not actually occur in experiments or in nature. Though very useful, they are strictly hypothetical. Classical thermodynamics is usually presented as postulating the existence of isolated systems. It is also usually presented as the fruit of experience. Obviously, no experience has been reported of an ideally isolated system. It is, however, the fruit of experience that some physical systems, including isolated ones, do seem to reach their own states of internal thermodynamic equilibrium. Classical thermodynamics postulates the existence of systems in their own states of internal thermodynamic equilibrium. This postulate is a very useful idealization. In the attempt to explain the idea of a gradual approach to thermodynamic equilibrium after a thermodynamic operation, with entropy increasing according to the second law of thermodynamics, Boltzmann’s H theorem used equations, which assumed a system (for example, a gas) was isolated. That is, all the mechanical degrees of freedom could be specified, treating the enclosing walls simply as mirror boundary conditions. This led to Loschmidt's paradox. If, however, the stochastic behavior of the molecules and thermal radiation in real enclosing walls is considered, then the system is in effect in a heat bath. Then Boltzmann’s assumption of molecular chaos can be justified. The concept of an isolated system can serve as a useful model approximating many real world situations. It is an acceptable idealization used in constructing mathematical models of certain natural phenomena; e. g., the planets in the Solar System, and the proton and electron in a hydrogen atom are often treated as isolated systems. But, from time to time, a hydrogen atom will interact with electromagnetic radiation and go to an excited state.
Радиациялық оқшаулау
Радиациялық оқшаулау үшін қабырғалар толық өткізгіш болуы керек, Планктың ойынша, қуыстың ішіндегі сәулеленуді толық бейнелеу үшін. Ол термодинамикалық жүйенің бастапқыда заттан бос қуыстағы ішкі жылулық сәулелену тепе-теңдігін қарастырды. Ол өзінің толық бейнелейтін және осылайша толық өткізгіш қабырғаларын немен қоршаған екенін айтпады. Олар толық бейнелейтіндіктен, қуысты сыртқы электромагниттік әсерлерден оқшаулайды. Планк оқшауланған қуыста радиациялық тепе-теңдік орнату үшін оның ішкі жағына көміртектің бір түйіршігін қосу қажет деп санады. Егер толық бейнелейтін қабырғалары бар қуыста космологиялық шамадағы температураны сақтауға жеткілікті сәулелену энергиясы болса, онда көміртектің түйіршігі қажет емес, себебі сәулелену заттың бөлшектерін, мысалы электрон-позитрон жұптарын жасайды және осылайша термодинамикалық тепе-теңдікке жетеді. Роджер Балиан басқаша тәсіл қолданады. Ол қуыстағы сәулеленуді кванттау үшін сәулеленуді оқшаулайтын қабырғаларын толық өткізгіш деп есептейді. Ол сыртындағы массаны атамаса да, контекстінен оқырманға қуыстың ішкі жағында масса жоқ деп ойлатуға тырысқан сияқты, ол қабырғаларда токтарды тудыратын бір фактор бар екенін айтады. Егер бұл фактор қуыстың ішкі бөлігінде болса, онда ол сәулелену ғана болуы мүмкін, ол осылайша толық бейнеленеді. Алайда, жылулық тепе-теңдік мәселесі үшін ол қуыстың ішіндегі сәулемен өзара әрекеттесетін зарядталған бөлшектері бар қабырғаларды қарастырады; мұндай қуыстар әрине оқшауланбайды, бірақ оларды жылу ваннасы ретінде қарастыруға болады.