作为一个普通学校的青椒，日常除了科研以外，教学也是自己的工作。起先，我很反对教学，觉得耽误了科研，但经过两年的物理化学课程的授课，我反而喜欢上这种状态，觉得教学和科研相得益彰，使人受益匪浅。这里我分享一个热力学第二定律的故事。
科研就是对未知的探索，充满的未知性和惊喜。1676年，莱布尼兹在观察两个物体碰撞的时候发现碰撞有动量的传递，他把这种动量称为“活力”。150年以后的蒸汽机时代完美的应用了这种“活力”，使得英国通过蒸汽机引擎获得了巨大的能量和财富。1814年巴黎受到多国联军的攻击，法国这次的失败激发了一个叫卡诺的年轻人的士气，他认为英国之所以是英国就是因为蒸汽机，所以他花费大量时间研究蒸汽机，1824提出了不朽的作品《论火的动力》，他解释了蒸汽机引擎的原理和最大功率。很可惜，36岁的卡诺因为霍乱去世了，那个年代的欧洲传染病是不治之症。
图1 卡若和蒸汽机
半个世纪以后，克劳修斯重新捡起了卡诺的文章，在卡诺的基础上提出了热力学第二定律。根据能量守恒定律，能量不会增加也不会消失，在各种能量转换的过程，消耗的能量只是转换成了另一个形式（蒸汽机只是把热能转换为了机械能）。能量转换的方向和极限就是热力学第二定律，一个简单的说法——热不能自发的从低温物体传给高温物体。克劳修斯很自信，用了一个熵的不等式来表达能量转换的方向和极限（dS/dT≧0）。这说明在任何孤立的系统，发生自发的变化时系统的熵总是增加的，非常不可思议，但真得很天才。
半个世纪以后，玻尔兹曼从微观的角度给出了热力学第二定律的解释。他把所有的物质都当成无限个微粒组成，通过统计学的处理，给出了一个数学表达式（S = K* logW），说明熵是系统无序度的度量。很可惜，那个年代还没有人能理解，他们想象不来分子和原子的概念，最后玻尔兹曼在一片质疑声中自杀了。现在我们很喜欢从微观的角度来分析宏观的变化！热力第二定律推广到宇宙，就是系统的熵一直在增加，无序度一直在增大。但如果这样，我们是什么？生命又如何存在？很难说清楚，宇宙太复杂了，在从有序到无序的演变中也会产生新的产物和秩序，但整体的熵在增加，而我们这些低熵的物种或许就是无序演变中有序的涟漪。
图2 玻尔兹曼的墓碑
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自翁育靖科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-758204-1203678.html?mobile=1
收藏
