就目前所知,熱力學(xué)第二定律本身是一個(gè)基本定律,沒有其他理論能夠嚴(yán)格地推出它。當(dāng)然,其他理論跟它沒有不可克服的矛盾,否則就至少有一方是錯(cuò)的了。 我們對熱力學(xué)第二定律正確性的信念,歸根結(jié)底是建立在大量實(shí)驗(yàn)觀察的基礎(chǔ)上。迄今為止,沒有發(fā)現(xiàn)違反熱力學(xué)第二定律的現(xiàn)象?!@話可能要加個(gè)但書,對于大量粒子的體系是這樣,而粒子數(shù)很少的體系有可能違反熱力學(xué)第二定律,不過粒子數(shù)很少的體系的熵又是一個(gè)難以定義的量了。 我們來稍微解釋一下這些要點(diǎn)。 熱力學(xué)第二定律有好幾種描述方式。常見的一種是:孤立體系(跟外界既沒有物質(zhì)交換,也沒有能量交換,這其實(shí)是個(gè)很強(qiáng)的條件)的熵永遠(yuǎn)不會(huì)減小。 還有一種是:不可能把熱量從低溫物體傳給高溫物體,而不引起其它變化。請注意后邊這一句,“而不引起其它變化”。單純的把熱量從低溫物體傳給高維物體,當(dāng)然是可以的,空調(diào)就是干這個(gè)的,但那一定在其他地方產(chǎn)生了某種變化。對熱力學(xué)第二定律的這種表述叫做“克勞修斯表述”。 克勞修斯 還有一種是:不可能從單一熱源取走熱量,把它完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。也就是說,熱轉(zhuǎn)化成功的效率不可能達(dá)到100%。請注意,反過來的過程,即功轉(zhuǎn)化成熱,效率卻可以達(dá)到100%,摩擦生熱就是這樣的。機(jī)械能和電能之間,互相都可以以100%的效率轉(zhuǎn)換。對熱力學(xué)第二定律的這種表述叫做“開爾文表述”。 開爾文 因此,熱和功或者電在本質(zhì)上就是不同“品位”的能量。機(jī)械能和電能是高品位的能量,熱是低品位的能量。高品位的能量可以完全轉(zhuǎn)化成低品位的能量,低品位的能量卻不可能完全轉(zhuǎn)化成高品位的能量。所以,整個(gè)宇宙中高品位的能量只能越來越少,不能越來越多。這正應(yīng)了那句話:從善如登,從惡如崩! 了解了熱力學(xué)第二定律是什么,人們就很有興趣問,能不能從已知的力學(xué)規(guī)律(無論是牛頓力學(xué)還是量子力學(xué))推出它。回答是:到目前為止,都不能嚴(yán)格地推出。甚至在某種意義上,還可以推出相反的結(jié)論,——當(dāng)然對此也都有解釋,并沒有推翻熱力學(xué)第二定律。這件事叫做“龐加萊回歸定理”,不過這個(gè)定理相當(dāng)專業(yè),就不能在這里介紹了。 |
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