В начале было ничто. Про время, пространство, скорость и другие константы физики

Вот тут-то мне и понадобится ввести еще одно образное описание, – на этот раз относящееся к формуле, с помощью которой Больцман изобразил свое распределение. Оказывается, что постепенное уменьшение населенности энергетических уровней с ростом их энергии описывается очень простым математическим выражением [26]. Более того, это выражение зависит от одного-единственного параметра. Когда значение этого параметра мало, с ростом энергии населенность уровней падает очень быстро и занятыми оказываются лишь несколько нижних уровней (хотя характер падения населенности с повышением энергии уровня остается тем же). Когда значение параметра высокое, достаточно большой населенности достигают и высокие энергетические уровни; и хотя по-прежнему большинство молекул располагается на самом низком уровне, а с повышением энергии уровня населенность падает, все же теперь встречаются молекулы и с очень высокой энергией. Само выражение для распределения и упомянутый параметр универсальны в том смысле, что они применимы к любой субстанции и любому виду движения. То есть для данного значения параметра относительная населенность уровня с данной энергией остается постоянной, неважно, говорим мы о колебаниях молекул, об их вращении или о колебаниях атомов в твердых телах, и является ли рассматриваемая субстанция свинцом, литием, мелом или сыром.

А называется этот универсальный параметр, от которого зависят населенности уровней, температурой. Надеюсь, теперь вы видите, в чем глубина этого понятия. Низкая температура описывает распределение Больцмана, при котором густо населены только низкие энергетические уровни, а с повышением энергии населенности уровней падают. Высокая температура соответствует распределению, в котором населенность распространяется и на уровни с высокими энергиями, и чем выше температура, тем более высокие уровни заполняются.

Прежде чем двинуться дальше, надо вернуться к сделанной пару абзацев назад зарубке на выражении «вообще говоря». Допустим, что наш параметр, температура, приобретает нулевое значение. В этом случае, в соответствии с формой распределения Больцмана для этого значения температуры, все молекулы будут находиться на уровне с самой низкой энергией; ни на одном из более высокоэнергетических уровней не останется ни одной молекулы. Все книги лежат на нижней полке. Это «абсолютный нуль» температуры. Ее дальнейшее понижение физически бессмысленно – как могут молекулы попасть на энергетические уровни ниже самого низкого? Конечно, и при этом особом распределении закон сохранения энергии должен соблюдаться, поэтому оно достижимо, толькo когда у вещества отобрана вся энергия, – полная энергия практически равна нулю. («Практически» – еще одно очень полезное слово-уловка; время от времени я буду позволять ему срываться с губ. Здесь я поставил его просто в силу своего неисправимого педантизма – пусть другие педанты знают, что я знаю, что` именно они сейчас думают или должны думать [27].)

* * *