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麦克斯韦妖不是耗散结构的雏形

已有 4810 次阅读 2008-10-1 15:55 |个人分类:热力学

麦克斯韦妖不是耗散结构的雏形

 

1871年英国物理学家麦克斯韦设想出一个精灵,他具有选择能力和驱动能力,结果可以使一个孤立系统远离热力学平衡态,以此挑战热力学第二定律所必然导致的宇宙热寂说:在甲、乙两个隔离的、绝热的容器内充满了完全相同的空气,二者处于热力学平衡态。在两容器的中间设置一个门,由一个“妖”看管,它只让甲室的快分子进人乙室,而让乙室的慢分子进人甲室,这样在“妖”的管理下,两室的温差会逐渐加大,从而使整个系统远离热力学平衡态。

 

有人说当时麦克斯韦意识到自然界存在着与熵增加相拮抗的能量控制机制,但他无法清晰地说明这种机制。他只能诙谐的假定一种“妖”,能够按照某种秩序和规则把作随机热运动的微粒分配到一定的相格里,因此称麦克斯韦妖是耗散结构的一个雏形。

 

但是完整的耗散结构定义是“在开放和远离平衡的条件下,在与外界环境交换物质和能量的过程中,系统通过能量耗散过程和内部的非线性动力学机制形成和维持的宏观时空有序结构称为耗散结构”【《非平衡态热力学和耗散结构》,李如生编著,清华大学出版社,19864月】。

 

显然,有关麦克斯韦妖的说法与耗散结构的内容大相径庭。一个是封闭的绝热系统,一个是开放系统。耗散结构之所以能够形成,关键在于要有热阱(热汇),使系统能够产生负熵流。相比而言,麦克斯韦妖只是一个纯想象的东西,与耗散结构没有任何的关联。

 

宇宙空间是地球大气系统的热阱(热汇),因此是维持地球大气系统成为耗散结构的关键。

进一步地,宇宙本身就是一个宏观有序的耗散结构,它的热阱(热汇)在哪儿?



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