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令人絕望的熱力學(xué)第二定律

熱力學(xué)第二定律有幾種表述方式:

克勞修斯表述 熱量可以自發(fā)地從溫度高的物體傳遞到較冷的物體,但不可能自發(fā)地從溫度低的物體傳遞到溫度高的物體;

開爾文-普朗克表述 不可能從單一熱源吸取熱量,并將這熱量完全變?yōu)楣?,而不產(chǎn)生其他影響。

熵表述 隨時(shí)間進(jìn)行,一個(gè)孤立體系中的熵不會(huì)減小。

簡(jiǎn)而言之,第二定律認(rèn)為熱量從熱的地方流到冷的地方,科學(xué)家寧愿沒有發(fā)現(xiàn)它。

對(duì)任何物理系統(tǒng),這都是顯而易見的特性,毫無神秘之處:開水變涼,冰淇淋化成糖水。要想把這些過程顛倒過來,就非得額外消耗能量不可。

就最廣泛的意義而言,第二定律認(rèn)為宇宙的“熵”(無序程度)與日俱增。

例如,機(jī)械手表的發(fā)條總是越來越松;你可以把它上緊,但這就需要消耗一點(diǎn)能量;這些能量來自于你吃掉的一塊面包;做面包的麥子在生長(zhǎng)的過程中需要吸收陽光的能量;太陽為了提供這些能量,需要消耗它的氫來進(jìn)行核反應(yīng)。

總之宇宙中每個(gè)局部的熵減少,都須以其它地方的熵增加為代價(jià)。

在一個(gè)封閉的系統(tǒng)里,熵總是增大的,一直大到不能再大的程度。

這時(shí),系統(tǒng)內(nèi)部達(dá)到一種完全均勻的熱動(dòng)平衡的狀態(tài),不會(huì)再發(fā)生任何變化,除非外界對(duì)系統(tǒng)提供新的能量。

對(duì)宇宙來說,是不存在“外界”的,因此宇宙一旦到達(dá)熱動(dòng)平衡狀態(tài),就完全死亡。這種情景稱為“熱寂”。

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