今天這個題目我估計就得勸退不少人。想當(dāng)年我上大學(xué)那會兒,熵和焓讓我望而生畏,我還記得化學(xué)老師當(dāng)時說過,學(xué)不會熵和焓,你會“傷心”,我會“寒心”。匈牙利數(shù)學(xué)家約翰·馮·諾伊曼(John von Neumann)也曾說過,“在討論中使用熵一詞的人總是贏家,因?yàn)闆]人知道熵的真正含義,因此在辯論中總是有優(yōu)勢。”。今天為了給大家講好這個定律,我犧牲了晚上看電影的時間,又查了不少資料。發(fā)現(xiàn)也并沒有想象中那么難。 首先講講看為什么要講熵增定律。如果說只能選一條科學(xué)定律是絕對正確且永恒不變的話,那就是熵增定律。它超越了其他一切定律,是宇宙間的第一法則(好牛的感覺?。?。 熵是什么呢?它的物理意義是體系混亂程度的度量。在不同的歷史階段,克勞修斯,玻爾茲曼,吉布斯,香農(nóng)等都對熵給出過不同的定義,其本質(zhì)是統(tǒng)一的,只是認(rèn)知隨著時間而發(fā)生了變化。這其中不得不提一下玻爾茲曼,他因?yàn)樘岢鲮氐亩x是統(tǒng)計學(xué)意義上的,過于超前于時代,而招致許多非議和攻擊,最后自殺身亡。這個熵的公式被刻在了他的墓碑上。 而熵增的意思就是在一個孤立系統(tǒng)里,它的混亂度會不斷增大,直至到達(dá)最大值后歸于寂滅。圖1看上去很容易回答,即使你只考慮哪個看上去更“混亂無序”,也能回答出正確答案:B。 圖2和圖3是不是就要讓你想一想了?如果你還是想著“混亂無序”的話,就不太容易回答。那就想想看“排列方式的多少”。 對于圖2來說,鉆石和石墨都是由碳原子組成,鉆石中的晶格致密,碳原子的排列比較固定有限;而石墨中的碳是無定形態(tài),排列方式比起鉆石中的碳可能性更多,因此答案是A。 對于圖3來說呢?經(jīng)過上面的例子是不是就容易回答多了?是的,正確答案是A。因?yàn)槌厮械乃肿拥呐帕羞\(yùn)動方式,比起冰塊當(dāng)中有限運(yùn)動的水分子來要多的多,所以常溫水的熵更大。 這樣我們就把熵和熵增定律講清楚了。在化學(xué)當(dāng)中,物理學(xué)的這個熵增原理也是化學(xué)反應(yīng)的根本驅(qū)動力,從有序到無序的自發(fā)的過程,比如氧化過程就是一個熵增的過程,而乳化過程(強(qiáng)制剪切就是輸入機(jī)械能)就是一個對抗熵增的過程。如今,熵增定律不僅僅在物理學(xué)界,化學(xué)界得到廣泛應(yīng)用,也已經(jīng)延伸至計算機(jī),經(jīng)濟(jì)學(xué),生命科學(xué)等等領(lǐng)域。最近很流行“負(fù)熵人生”這個概念,其實(shí)這是一個物理學(xué)界的大牛,“虐貓狂人”-薛定諤,在他的《生命是什么》這本書中的一句話“人活著就是在對抗熵增定律,生命以負(fù)熵為生” 另外,我還想致敬在這次新冠疫情當(dāng)中,那些可敬可愛的“逆行者”們。他們以血肉之軀,對抗著可怕的病魔,向死而生,為他人爭取更多活下來的機(jī)會,這何嘗不也是一種對抗熵增的行為? 這一講,到這里就結(jié)束了,祝大家周末愉快。 |
|