Читать книгу Mis on elu? - Erwin Schrödinger - Страница 17

Püüan öeldut selgitada paari näitega, mis on tuhandete hulgast juhuslikult valitud ja ei pruugi olla parimad, et meeldida lugejale, kes asjade sellise seisuga esimest korda tutvub — õppides tundma midagi, mis nüüdisfüüsikas ja -keemias on niisama põhiline, nagu bioloogias, ütleme, tõsiasi, et organismid koosnevad rakkudest, või astronoomias Newtoni seadused, või kasvõi täisarvude 1, 2, 3, 4, 5, … jada matemaatikas. Kuid algaja ei peaks lootma, et mõne järgneva lehekülje varal hakkab ta täielikult mõistma teemavaldkonda, mis on seotud Ludwig Boltzmanni ja Willard Gibbsi kuulsate nimedega, ja mida õpikutes käsitletakse “statistilise termodünaamika” nimetuse all.

Kui täidate pikliku klaastoru gaasilises olekus hapnikuga ja paigutate selle magnetvälja, siis avastate, et gaas on magneetunud.^[7] Magneetumine on toimunud sellepärast, et hapnikumolekulid on väikesed magnetid ja püüavad asetuda väljaga paralleelselt nagu kompassinõel. Kuid ärge arvake, et nad kõik asetuvad tõepoolest paralleelselt. Sest kui kahekordistate välja tugevust, on hapniku magneetumine kaks korda suurem, ja see jätkub kuni äärmiselt suurte väljatugevusteni: gaasi magneetumine suureneb võrdeliselt rakendatava magnetvälja tugevusega.

See on puhtstatistilise seaduse eriti selge näide. Orientatsiooni, mida väli püüab tekitada, takistab pidevalt soojusliikumine, mis soodustab molekulide juhusliku suunaga

Joonis 1. Paramagnetism

asetust. Selle tendentsi tagajärjeks on tegelikult üksnes dipooltelgede ja välja suuna vaheliste teravnurkade väike ülekaal nürinurkade suhtes. Kuigi üksikute aatomite orientatsioon lakkamatult muutub, ilmneb keskmiselt (aatomite tohutu suure arvu tõttu) väljasuunalise ja väljatugevusega võrdelise orientatsiooni pidev väike ülekaal. Selle teravmeelse seletuse on andnud prantsuse füüsik P. Langevin. Seda saab kontrollida järgmiselt. Kui täheldatud nõrk magneetumine on tõepoolest võistlevate tendentside tulemus — nendeks on magnetvälja toime, mis püüab kõik molekulid asetada paralleelselt, ja soojusliikumise toime, mis orienteerib nad juhuslikult —, siis peaks olema võimalik suurendada magnetiseerumist soojusliikumise nõrgemaks muutmise abil, see tähendab, temperatuuri langetamisega magnetvälja tugevdamise asemel. Seda kinnitab eksperiment, mis kvantitatiivses kooskõlas teooriaga (Curie’ seadus) näitab, et magneetumine on pöördvõrdeline absoluutse temperatuuriga. Nüüdisaegsed seadmed võimaldavad temperatuuri alandades taandada soojusliikumise koguni nii tähtsusetuks, et magnetvälja orienteeriv tendents pääseb maksvusele kui mitte täiesti, siis igatahes piisavalt selleks, et tekitada gaasis märkimisväärne “täielikult magnetiseeritud” osa. Sel juhul me ei eelda, et välja kahekordne tugevus magneetumist kahekordistaks, vaid väljatugevuse kasvades suureneb magneetumine ikka vähem ja vähem, lähenedes niinimetatud “küllastumisele”. Ka seda ootuspärast tulemust on katse kvantitatiivselt kinnitanud.

Pangem tähele, et see käitumine sõltub täielikult molekulide suurest hulgast, mis jälgitavat magneetumist tekitades üheskoos toimivad. Vastasel juhul ei oleks magneetumine üldse konstantne, vaid annaks igal ajahetkel täiesti ebaregulaarselt kõikudes tunnistust soojusliikumise ja magnetvälja võistluse muutlikkusest.