热力学第二定律
(物理理论|热学)
热力学第二定律(secondlawofthermodynamics),热力学基本定律之一,其表述为:不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响,或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响,或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。又称"熵增定律",表明了在自然过程中,一个孤立系统的总混乱度(即"熵")不会减小。1824年,法国工程师萨迪·卡诺提出了卡诺定理。德国人克劳修斯(RudolphClausius)和英国人开尔文(LordKelvin)在热力学第一定律建立以后重新审查了卡诺定理,意识到卡诺定理必须依据一个新的定理,即热力学第二定律。他们分别于1850年和1851年提
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宇宙的终极末日形态——热寂
对于宇宙的终极形态,开尔文和鲁道夫·克劳修斯这两位热力学的主要奠基人都认为宇宙必将达到热平衡状态,也即热寂状态,而这一猜想也被称为“热寂说”。之后,随着物理学的进一步发展,热寂说认为宇宙达到热寂状态后,宇宙中的物质将全部转化为铁元素,或者衰变为光子和轻子。之后,热寂宇宙也可能因为零点能作用产生大撕裂,甚至产生新的宇宙大爆炸。
宇宙末世理论,宇宙的未来将一片死寂
这是一个理论,是世界著名物理学家克劳修斯把热力学第二定律推广应用到整个宇宙的一种理论,名为
。
热力学第二定律讲的是热量不能自发地从低温物体转移到高温物体,只能由高温物体转移到低温物体。
克劳修斯基于这个理论把宇宙看作一个热力学的孤立系统 ,认为宇宙中的能量必将趋于平衡,届时宇宙将达到处处温度相等的热平衡状态,一切变化都不再发生,处于死寂的永恒状态,是一种宇宙级别的末日。
不过,克劳修斯的这一理论自提出之日起,就有大量的科学家提出反对意见,比如玻尔兹曼的微观起伏说和麦克斯韦的麦克斯韦妖,但是这些反对理论因为本身也具有巨大的缺陷,因此并不足以反驳它。
后来,真正能将它反驳的是后来的宇宙大爆炸理论。宇宙大爆炸理论认为,宇宙的产生如同一次规模巨大的爆炸,现在正在不断地膨胀,从热到冷,但是宇宙大爆炸过程中还产生了大量的中微子,这些中微子的静止质量可能占到宇宙质量的90%以上,它们可能是控制宇宙现在膨胀的关键性因素之一,未来它们也可能会在宇宙膨胀到达极限的时候控制宇宙收缩甚至坍塌,这时宇宙温度就是由冷到热地发展。也就是说,宇宙的演化有可能趋向动态的、非稳定的、远离平衡态的非平衡状态。
自此,这个理论的最后阵地就被攻破了。
物理学的第三只神兽
这是物理学界的第三只神兽,名为
妖,其它三只为芝诺的乌龟、拉普拉斯妖和薛定谔的猫,分别对应微积分学、经典力学和量子力学三大学问。
当年,大物理学家克劳修斯在热力学第二定律的基础上提出了热寂论,认为热量不能自发地从低温物体转移到高温物体,宇宙作为一个孤立系统同样如此,因此最终达到一个温度处处相等的热平衡状态,宇宙的未来将注定是死寂的永恒。
不过,大物理学家
对此表示反对,他隐约意识到宇宙中存在着一个与熵增理论相抗衡的能量控制机制,但又无法清晰说明,于是设计了一个思维实验:
一个温度均匀充满空气的绝热容器,中间有一个隔层,隔层上有暗门,暗门由一只悉知容器中所有分子速度的妖精掌控,这只妖精能够智能地开关暗门,控制运动快的分子向一侧运动,而运动慢的分子向另一侧运动,最终达到形成温差,实现熵减。
后来,人们将实验中控制暗门的这只妖精称为
妖。
不过,很可惜,这个理论自提出之日起就招到物理学界的普遍反对,其中最有名的反驳者是列奥·西拉德,他在1929年指出如果这只妖精真正存在,那么它观察分子速度及获取信息的过程必然产生额外的能量消耗, 产生熵。
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