熵是一种世界观

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,热力学第二定律,熵是一种世界观,1,世界观是人们对整个世界及人与世界关系的总的看法和根本观点,人们首先形成的是对于现实世界各种具体事物的看法和观点。久而久之，人们逐渐形成了关于世界的本质、人和客观世界的关系等总的看法和根本观点，这就是世界观。一般说来，人人都有自己的世界观，并以此来观察问题和处理问题。,2,运动量守恒,笛卡儿,宇宙是上帝创造的一台机器，对万能的上帝而言，这台机器一定是一旦启动就永无休止的运动，这需要运动量守恒做保证,活力守恒,惠更斯,莱布尼兹,3,英国物理学家汤姆逊（即开尔文）,德国物理学家克劳修斯,违背热力学第一定律的过程不可能发生,不违背热力学第一定律的过程不一定都可以发生,初步结论,:,此所谓：覆水难收,4,人们通过大量观察、实验，概括出热现象的另一自然规律，即热力学第二定律,克劳修斯表述：,不可能将热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化（即热量不会自动地从低温物体传到高温物体）,外界需对系统作功，就属“其它变化”。此表述说明热传导过程的不可逆性。,一,.,自然过程的方向性,5,开尔文表述：,不可能从单一热源吸取热量并使它完全变为有用的功而不引起其它变化,1,0,0,%,h,的热机称为,第二类永动机,开尔文另一表述为：,第二类永动机是不可能造成的。,它并不违背热力学第一定律，但违背热力学第二定律,6,统计意义上的热力学第二定律,7,分布,详细分布,1,4,6,4,1,开始时，,4,个分子都在,A,部，抽出隔板后分子将向,B,部扩散并在整个容器内无规则运动。隔板被抽出后，,4,分子在容器中可能的分布情形如下图所示：,8,微观态共有,2,4,=16,种可能的方式，而且,4,个分子全部退回到,A,部的可能性即几率为,1/2,4,=1/16,一般来说，若有,N,个分子，则共,2,N,种可能方式，而,N,个分子全部退回到,A,部的几率,1/2,N,.,对于真实理想气体系统,10,23,/mol,，这些分子,全部退回到,A,部的几率为,对单个分子或少量分子来说，它们扩散到,B,部的过程原则上是可逆的。但对大量分子组成的宏观系统来说，它们向,B,部自由膨胀的宏观过程实际上是不可逆的。,9,热力学第二定律所表达的不可逆性质实际上是这样一种统计必然性：对于一个不受外界影响的孤立系统，其内部发生的任何过程，总是从几率小的状态向几率大的状态进行。这就是热力学第二定律的统计意义,熵是热力学系统中几率或无序度的量度，几率越大，无序度越高则熵越大。所以孤立系统中一切实际过程是向着熵增加的方向进行。,二,.,热力学第二定律的统计意义,10,熵的统计定义式,k,s,W,ln,W,s,系统处于该宏观态时的熵,系统处于某一宏观态的热力学概率（即该宏观态所含微观态的数目）,k,玻耳兹曼常量,11,三,.,表述为熵增加的热力学第二定律,熵这个物理量它是根据热力学第二定律确定的一个新的状态函数,熵是反映任何系统在微观层次上的,无序程度,的，微观无序度增加，熵就增加,熵可以通过测量系统的温度和热能来确定熵，但我们更关心的是,熵的变化,可以证明：任何物理过程中各个参与者的总熵必定是要么增加要么保持不变；熵不会减少这就是,熵增加原理,。,12,s,d,0,不可逆过程,可逆过程,取,取,熵增加原理,孤立（或绝热）系统内部所发生的过程不可逆时，其熵增加；所发生的过程可逆时，其熵不变。,13,四,.,热力学第二定律之能源与环境,熵的增加是能量退化的量度，自然界的实际过程都是不可逆过程，即熵增加的过程,每利用一份能量，就会得到一定的惩罚,-,把一部分本来可以利用的能量变为退化的能量。,退化的能量，实际上就是环境污染的代名词，节约能源就是保护杯境，而保护环境就是保护人类的生存条件。,14,交通工具,人,公里,/,升,私家小轿车（平均乘坐,1.15,人）,7,商业航空飞机,14,合伙用车（平均乘坐,4,人）,25,公共汽车,32,城市间火车,60,步行,178*,自行车,642*,*,将食物的卡路里数折合成汽油的容积,15,感冒：起因,-,运动或劳累过后，身体消耗大量能量，,产生大量废热（体内熵大增）如能迅速排除，人相,安无事。,但如此时或吹风、或着凉,皮肤，并下令皮肤毛细血管收缩阻止身体散热，,这样体内原有积熵排不出，还进一步产生积熵，以,致积熵过剩。熵是无序度的量度。因此人体内二千,多化学反应开始混乱,-,使人头痛、发烧、畏寒畏冷、,全身无力。抵抗力减弱,.,人因此感冒了,.,皮肤感到过凉，,此信息传到大脑的调温中心,-,丘脑，进行调温以暖,中医说,:,内有虚火,外感风寒,.,西医说,:,感冒了,有炎症,.,物理学家说,:,如何治疗呢,?,中医说,:,西医说,:,物理学家说,:,发汗清热,.,退热消炎,积熵过剩,.,消除积熵,.,16,癌症,:,由于各种原因,致使体内某一部分的混乱度大幅度增长,.,以致破坏了细胞再生时的基因密码的有序遗传,细胞无控制地生长,产生毒素,进一步破坏人体的有序,直到熵趋近无穷大,-,死亡到来,.,改革开放的正确性：热二定律告诉我们，一个孤立的社会系统，由于自身的不可逆过程（能源、交通、犯罪等），熵将趋于极大，信息量极小，没有生机、贫穷落后。,耗散结构告诉我们，一个开放的社会，通过输入入能源、信息、新技术，输出自已的产品、技术等，才能使社会在更高层次保持有序。,17,五,.,宇宙的未来,19,世纪后半期，克劳修斯和开尔文等人，把热力学第二定律应用于整个宇宙，得出,“,宇宙热寂说,”,在这种状态下，由于所有可能的核反应过程都已完结，因此，所有的恒星都会毁灭，而且不会再有新的恒星产生。,18,这确实是一种悲观的令人绝望的看法，但现在还没有证据说热力学第二定律不能适用于整个宇宙新的自然科学正在试图消除宇宙热寂说,吴国盛,科学的历程,现代宇宙学家认为，宇宙的膨胀有可能消解宇宙热寂说。宇宙的膨胀会破坏温度均衡过程。可以证明，即使热力学系统一开始就处于热平衡状态，由于整体的膨胀，也会出现温度差。,19,“,热寂说,”,是哲学上长期争论不休的一个问题，也是物理学上无法直接验证的问题。,熵也许不仅只有（现在我们看到的）热力学这一种。,换句话说，过去我们看到了不同形态的能量的存在，现在我们又看到了不同形态熵的客观存在。热力学熵也许仅仅是熵的一种形态。,20,六,.,熵是一种世界观,在自然世界的庞大工厂里，熵原理起着经理的作用，因为它规定着整个企业的经营方式和方法，而能仅仅是充当会计，平衡贷方和借方,-,R.Emden,热力学第一定律,-,能,热力学第二定律,-,熵,哪一个,重要,？,21,高中语文第六册：,熵：一种新的世界观,-,里夫金 霍华德,宇宙的未来,-,霍金,数学与文化,-,齐民友,高中语文读本第六册：,关于怎样学科学的一些意见,-,杨振宁,时间的形象,-,柯文尼 海菲尔德,人和宇宙,-,奥辛廷斯基,22,相对论时空观与非欧几何,德布罗意的物质波,柏拉图两个世界的观点,数学的逻辑性,基础量的定义,公理的方法,提供了一种思维的方法与模式,提供了一种思维和理性的标准,23,世界观,：,决定论与概率论,线性与非线性,24,谢谢各位，再见！,25,