Когда законы Ньютона объявляют забастовку

Ведь понятие силы имеет точный количественный смысл только в законы Ньютона механике, понятие же энергии объявляют охватывает процессы любой природы: существует тепловая энергия, электромагнитная энергия, ядерная энергия и т. д. Ньютоновское описание движения приспособлено для случаев, когда сравнительно простые силы приводят к движениям, которые могут оказаться достаточно сложными. Так, например, выражаемые весьма просто силы всемирного тяготения приводят к очень сложным траекториям планет, если учитывать не только притяжение планет к Солнцу, но и их взаимные влияния друг на друга. Представьте теперь, что вы переходите от описания движения небольшого числа тел к изучению сотен, тысяч, миллионов и т. д. частиц. Можно, конечно, тешить себя иллюзией, что «в принципе» ньютоновская механика могла бы совершенно точно описать и такие системы, т. е. определить в любой момент времени положение и скорость любой частицы. Однако на самом деле механический подход вообще теряет здесь смысл. Сама точная постановка задачи (определение начальных положений и скоростей частиц, а также задание сил взаимодействия между ними) не проще ее решения. И действительно, поведение совокупности большого числа частиц обнаруживает новые типы законов, не сводимые к механике,— законы статистической физики.

В статистической физике с самого Сумма сил сначала отказываются от попыток в стакане воды проследить за движением отдельных частиц и рассматривают сразу среднее поведение большой их совокупности. Так вот: поскольку энергия сохраняется, мы с полным правом можем говорить о средней энергии, которой обладают частицы системы. Но средняя сила взаимодействия частиц друг с другом не сохраняется, и для большой совокупности частиц такое понятие теряет смысл.

Силы взаимодействия между отдельными парами частиц системы равны по величине и направлены навстречу друг другу. Поэтому полная сумма сил, действующих внутри системы, вообще равна нулю. Можно только говорить о той средней силе, с которой система (например, газ в цилиндре) действует на какое-нибудь постороннее тело (например, на поршень, запирающий газ).

Отметим еще одно обстоятельство. Изменение состояния вещества под влиянием внешних воздействий всегда связано с изменением его энергии. Но это изменение не равно работе сил, как в механике. Чайник на плите преспокойно выкипает, хотя не видно сил и механическая работа не совершается.