Об обосновании второго начала термодинамики.

12 сентября 2023 года я опубликовал в блоге «Научная аксиоматика физики и мироздания» статью "Главные и вторичные законы физики". Один из читателей в ответ сделал мне замечание: «Второе начало термодинамики нельзя ниоткуда вывести». Я тоже ответил: «Спасибо, отличное замечание, которое позволит улучшить аксиоматику! Но второе начало термодинамики можно вывести, и вывод основан на теории столкновений и матстатистике. Постараюсь вывести КРАСИВО, и это потребует времени. Если кто знает красивый вывод, подскажите!»

Одна из формулировок второго начала термодинамики (по Клаузиусу) прямо запрещает следующий процесс: теплота сама по себе не может переходить от менее нагретого тела к более нагретому. Утверждение для физиков достаточно очевидное, поскольку теплота и температура определяются энергией молекул, а по опыту большинству понятно, что обычно при столкновении быстрая частица передает энергию медленной, а не наоборот.

Я неплохо знаю физику, но не специалист по термодинамике, поэтому сначала попробовал найти обоснование второго начала термодинамики в литературе. К своему удивлению – не нашел! Поэтому как специалист в области физкинетики, решил сделать обоснование через теорию столкновений. Несложно показать, что при центральном упругом столкновении частиц одинаковой массы частицы обмениваются скоростями и энергиями – то есть энергия передается от быстрой частицы к медленной. Но большинство столкновений не центральные, а боковые.

Поэтому логично рассмотреть другой предельный случай, когда одна частица наносит боковой удар по центру другой частицы, движущейся перпендикулярно первой. Несложно показать, что при этом первая частица всегда передает энергию второй. Но если первая частица быстрая, то она передает энергию больше и чаще второй, чем если первая частица медленная. И в случае других столкновений быстрая частица в среднем передает медленной больше энергии, что обосновывает второе начало термодинамики.

Другое короткое обоснование второго начала термодинамики можно выполнить через теорию теплопередачи, в которой применяется одна из наиболее естественных и простых моделей обмена теплом. В ней соседние слои вещества обмениваются ударами. Естественно, что наиболее тёплый и энергичный слой ударяет сильнее и поэтому именно он передаёт больше тепла холодному, что тоже подтверждает второе начало термодинамики».

Если кто знает более простое и красивое обоснование второго начала термодинамики, подскажите, обязательно опубликую!