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什么是熵增定律?

十万个为什么 空空 2024-3-25 02:22:36 23次浏览

关于问题什么是熵增定律?一共有 5 位热心网友为你解答:

【1】、来自网友【蛀虫吃木偶然成字】的最佳回答:

人有生老病死,物有成住坏空,屋子会乱,热水会变凉……这些都是不可避免的“必然”。坚持不死、不坏、不乱、不凉的想法都只是“费尽心机的妄想”。了解了这个“必然规律”,顺应它、把握它、甚至利用它才是正确的选择……[灵光一闪][吃瓜群众]

【2】、来自网友【彩霞染秋】的最佳回答:

用于日常,比如衣服最终会变旧,即使放着不穿;人会衰老乃至死亡都可以用熵增定律来解释。按熵增定律来解释,万事万物都是从有续走向无序,从生走向死亡,而且是不可逆的。

“熵增定律是克劳修斯提出的热力学定律,克劳修斯引入了熵的概念来描述这种不可逆过程,即热量从高温物体流向低温物体是不可逆的,其物理表达式为:S =∫dQ/T 或 ds = dQ/T。”

我也是今年才听到这个词,然后专门在网上查了查,总之会让人释怀很多。

比如我买的衣服,以前很好奇为什么衣服没穿两次,第二年拿出来,居然变旧了。看了熵增定律,觉得终于可以解释的通了,虽然没有穿它,但它存在在那,微观上是发生了变化了的。

再比如有次我跟老公大吵一架后,心里觉得愤怒,那会儿觉得我老公变了很多,没有结婚时那般迁就我了。刚好在网上看到这个定律,瞬间释怀很多。

原来这个世界上没有不变的东西,包括感情,感情随着时间会变淡,也就是熵增,所以不能一味的让对方迁就你。自己也应该适当的体谅对方。感情是需要经营的,也就说到了熵减,熵减用来对抗熵增。

以上只是我个人生活中的体验。

【3】、来自网友【MatrixOne】的最佳回答:

概念

1854 年,一位叫克劳修斯的德国人,首次提出了熵增定律的概念。他认为在一个封闭的系统内,热量总是从高温物体流向低温物体,从有序走向无序,如果没有外界向这个系统输入能量的话,那么熵增的过程是不可逆的,最终会达到熵的最大状态,系统陷入混沌无序。 [1]

因此,熵增定律被认为是有史以来最令人绝望的物理定律,因为我们的宇宙也是一个封闭的系统,而封闭系统总是会趋向于熵增,最终慢慢达到熵的最大值,出现物理学上的热寂,变得像沙漠一样。

熵增定律是克劳修斯提出的热力学定律

宏观方法论

熵概念和熵增定律的建立,是在如何提高热机效率的研究推动下逐步完成的。首先是卡诺(S.Car no t)注意和系统研究了热的传递方向和热功(机械能)转换间的差异问题,并提出了一个普遍原理即卡诺原理,只不过卡诺的研究和论证是建立在错误的热质说的基础上的。之后,克劳修斯( R. Cla usius)对热功转换问题进行了深入研究,他不仅重新论证和发展了卡诺思想中的精髓部分,而且对自然界中运动转化的方向性进行了更普遍的考察研究,于 1850 年发现了热力学第二定律,现在人们将它表述为“热不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他变化”。1851 年,开尔文( Lor d Kelvin)又独立得出了第二定律的另外一种表述形式,不久,他还证明了两种形式的等价性。 [2]

热力学第二定律,首先以科学的面貌,揭示了物理世界中的不可逆过程,它说明,物理学终于在自己同人们所熟悉的有着过去、现在、未来严格区分的世界之间架起了桥梁。其实,对于不可逆性人们本是极为熟悉的,人们很早就能根据一些日常经验判定变化的方向性,,如草木的枯荣,由此人们早就体察到时间的流逝:过去已不可改变,未来是一片空白。所以,单就对时间箭头的规定性而言,人们早就有了深切的感受和清醒的认识,故有“凡人必死”的命题,它不仅客观地表述了人生的不可逆性,而且从某种意义上讲,它同热力学第二定律的宏观表述一样,都是以某种特殊的不可逆形式,表达了自然界中发展的不可逆性,即两者在逻辑上是等价的。 [3]

首先,在古代尚没有形成“科学”的概念,“凡人必死”的意义也与今天不同,它并不是科学研究的结果,更谈不上科学的定量表达,实际上仅仅是作为一种经验常识被人们接受的,因此也无法回答进一步的问题。而与此相反,第二定律却是经典科学成长到一定阶段的产物,从其来源讲,它是从卡诺到克劳修斯直至玻尔兹曼(L. Boltzmann)这样一些卓越的科学家长期研究工作的结晶。

其次,“凡人必死”虽然定性地表达了自然界的一种不可逆性,但却没有达到定量化的水平。第二定律则不同,在提出第二定律的定性表述之后,克劳修斯一直致力于它的定量化问题研究。通过对自然界各种运动转变关系的分析,他首先引入了“正转变”与“负转变”的概念,进而提出了“不可逆转变”或“不可逆性”的概念,从而明确了对自然变化的方向性的认识,之后又通过一个十分简单的例子即在理想气体的情况下得到了熵的定量化形式:即Δ S= ΔQ / T,或 S= S0+∫d Q /T。

所谓熵,其意义在克劳修斯看来是非常明确的。它代表了“物体的转变含量”,作为一个与积分路径无关的态函数,谈论一个系统给定状态的熵的绝对值虽无多大意义,但它从一个状态到另一个状态的变化,却可以用来判断这种转变的正或负即其方向性,以及转变量的大小。后来,他又从数学上严格证明了“熵增原理”,从而完成了第二定律的数学表示,亦称宏观表述。熵概念的提出及熵增原理的发现,不仅揭示出自然过程的不可逆性,而且也使人们对自然过程中能量转化的认识更深入了一步。如果能的概念从正面表征着运动转化的能力,那么熵就从反面表征着运动转化已经完成的程度,亦即运动丧失转化能力的程度,是能量的“退化”或“贬值”。正是由于与能(energ y )的这种相似性,克劳修斯才把他发现的转变当量 S 命名为熵(entr opy)。可见,第二定律及其量化形式即熵增定律不仅具有确切的定义,而且在经验上是可操作、可检验的,完全符合经典科学的基本规范,因此无可非议地属于科学的组成部分。特别是它的提出,因改变了以前科学对自然过程的方向性和时间的看法而更加引人注目。

但无论如何,从方法论的角度来看,熵与熵增定律的宏观表述是有局限性的。客观地讲当克劳修斯开始系统阐述第二定律的时候,他所依据的仅仅是热传导的方向性,因此他所揭示的也仅仅是热力学层次上的以及和热力学有关的一类不可逆现象的规律。而我们的研究表明,熵是有层次性的,或者说,不同的运动形式对应于不同层次的不可逆性,不同层次的不可逆机制则可能由完全不同的规律所支配,这就意味着,熵的宏观定义ΔS=ΔQ/T 确切地讲仅适用于和热力学相关的情况,在将其推广到对其他层次的不可逆过程的描述时,一般会受到限制,或者不处于支配地位;而不同层次的熵应有自己独立的不同含义,正如我们已指出的那样,其他层次的熵的宏观表述还有待于进一步探索。当然,自然界的不可逆过程都存在一定的关联,由某一过程的不可逆性可以推断另一过程的不可逆性,特别是由于热运动处于基础的地位,现有的熵增定律的宏观表示有很大程度的普适性,其正确性已由无数与热力学第二定律的推论相符的实际现象所证明。但所有这些,都不应妨碍我们对现有的熵增定律的宏观表示的特殊性的认识;更不应妨碍我们对熵与熵增定律的本质的认识,即在最普遍的意义上,熵是对运动转变的当量或等效值的刻划,熵增定律是对不可逆性的刻划,这种理解早已超越了热力学本身而具有更加普遍的意义和适用性,从而也为它们的推广奠定了基础。

微观方法论

熵与熵增定律意义的进一步扩展,在于玻尔兹曼对其微观概率表述 S= klnw 的确立。由于热力学概率的数学本质,使熵已不再局限于热现象本身了,例如在普朗克(M. Pla nck)对 S=klnw 关系的纯粹数学推导中,许多物理机制及其细节都显得不重要而可以忽略了。其实,熵的微观表述的提出,已赋予熵一种崭新的含义,那就是熵的大小,已成为热力学系统微观层次分子运动的无规则性和混乱程度的描述;或者说在熵与序之间已建立起一种对应关系。这使熵获得了更普遍的意义。而我们的研究表明,这种作法在一般情况下总是行得通的,即对于包含多个层次的复杂系统,每两个层次之间的关系就可以用熵来描写,亦即在确定了上一个“宏观”层次后,下一个“微观”层次的状态分布的不确定性就可以用一个确定的统计熵值描述。

熵的微观表述,使熵增定律的意义发生了重要变化,但同时也给人们理解不可逆现象带来了一些新的问题。

首先,自然界的不可逆性作为自然规律本是不可违背的铁的法则,如前所述之“凡人必死”;但从概率的角度而言,熵增定律虽在实践上具有很大的有效性,但却没有什么根本的意义,因为宏观可逆性并没有被禁止,只是小概率而已,但这微不足道的机遇却给人造成一种错觉,仿佛生与死的区别仅仅是一种幻象,即以为只要僵尸足够多时,其中总有一个会从地上爬起来将生前的顺序倒过来再活一遍。可见,第二定律的有效性本是不容置疑的,它与人的主观经验应是无关的,,但熵与熵增定律的微观表述却使人们对不可逆性的理解产生了偏差,其中得失,我们已作过详细讨论。 [4]

其次,就对时间的规定而言,熵增定律的概率形式也是存在明显不足的,表现在以下两个方面:第一,我们知道,按照概率或统计的本意,统计效应是不能回避统计涨落的。例如,尽管热力学平衡态与偏离它的任何状态相比无疑是最可见的,但是任何可能的非平衡态都存在着实现的概率——(也许很小)。这意味着,假定系统开始处于非平衡态,虽然我们可以预期系统变化的方向,但是仍然存在反向涨落,而且当我们考虑只有几个粒子的微观系统时,偏离常常会非常明显。如果像通常所认为的那样,熵增标志着时间的流向,那么反向涨落是否意味着时间的倒流?有人争议道,这种随机涨落并没有违背第二定律,因为它实质上是描写明显的热流而不是分子的随机涨落的。但是,从统计的观点看,明显的热流与涨落在现象上是等价的。第二,即使在忽略涨落的条件下,熵增定律的概率形式对时间的指向性的规定亦有局限。显然,热力学平衡态涉及的只是热力学系统演化的终态,因而也就是时间的终点,这是否意味着平衡一旦达到,时间就停止了?尽管与平衡态相联系的时间停止是局部和暂时的,仅限于某一孤立系统的范围,但它却暗含了时间与不可逆性之间的区别。另外还有人分析道,平衡态中既然不出现时间坐标,它就不可以用来描述能使时间明显表现的过程。一个更有意思的说法是,“平衡态热力学所做的预言,就像一个算命先生对你说将来会死,但是他根本就不知道你马上要和你的情人约会。对于一个基于第二定律及其对变化的解释的理论,这样一个结论看来是非常令人失望的。”

其实,上面这些概率对时间的规定所遇到的困难,归结到一点,即是爱因斯坦所断言的,“不可逆性是玻尔兹曼引进的概率概念的一种后果”,因为“概率事先假定了一个时间方向”,所以不能用来导出时间之矢。

综上所述,尽管熵与熵增定律的概率形式扩展了熵概念与第二定律的含义和适用范围,因此是恰当的和必要的,但它对不可逆的刻划是有局限性的,是人们不得已而为之的结果,而且给人们理解熵与不可逆性带来了消极负面影响。

【4】、来自网友【山顶云绕】的最佳回答:

熵增定律是热力学定律,是指热量从高温物体流向低温物体,且是不可逆的。

【5】、来自网友【fp 修炼】的最佳回答:

任何事物的生命过程,都是“进化”和“异化”相互交织、此消彼长的过程。进化,就是不断前进发展;异化,就是不断否定摧毁。所谓熵增,就是异化因素不断增加的情形。所谓熵增定律,就是任何事物发展的终点,都是异化因素到达极值,否定因素最终胜利。只有不断添加熵减因素,才能迟滞延缓这个终点的到来。比如一个人,从一出生就迈向死亡,这是不可避免的。通过不断添加营养、保健、锻炼、医疗等熵减因素,抑制异化因素快速生长,可以适度延长寿命、提高质量。团队、企业、国家等,其实道理都是想通的!

以上就是关于问题【什么是熵增定律?】的全部回答,希望能对大家有所帮助,内容收集于网络仅供参考,如要实行请慎重,任何后果与本站无关!

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