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熵增定律什么意思 熵增定律什么意思有序变无序

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什么样的反应是熵增加的反应
  • 热力学第二定律及其数学描述我们可以观察到大量的不可逆过程:放在空气中的一杯开水把热量传到空气中,最后水温与空气温度一样;但在自然状态下,热量决不会从空气中传到与空气相同(或更高)的水中,使水温升高以至变成开水.一滴蓝墨水滴到一杯清水中,蓝墨水颗粒会自动在水中扩散,最后水的颜色处处均匀,变成一杯淡蓝色的溶液,而这杯淡蓝色的溶液中的蓝墨水颗粒决不会自动凝结为一滴的蓝墨水.这些过程都是不可逆过程,描述不可逆现象或过程自发进行的方向性的规律就是热力学第二定律,热力学第二定律的最常见的经典表述有两种.克劳修斯表述:不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化.即热量不会自动地从低温物体传到高温物体.开尔文表述:不可能从单一热源吸取热量,使之完全变成有用的功而不产生其他影响,即热量不能自动地全部变成功.可以这样说,每一种不可逆过程都可以作为热力学第二定律的一种表述.也正是各种不可逆过程的内在联系,使得热力学第二定律的应用远远超出热功转换的范围,而成为整个自然界的一条基本规律.注意到不可逆过程是在没有任何外来影响的条件下自发进行的,过程进行的唯一动因在于系统的初态与末态的差别.因此,自发过程进行的方向决定于过程的初态和末态.也就是说,必然存在一个仅与初、末态有关,而与过程无关的态函数,可以用它来表述热力学第二定律,指出宏观自发过程进行的方向.这个态函数就是我们在前面已经讨论过的“熵”.孤立系统的熵永不减少,这就是熵增加原理.熵增加原理是热力学第二定律的数学表述.从熵增加原理可以导出克劳修斯表述,也可以导出开尔文表述,还可以推导出其他一个个不可逆现象.对熵增加原理,也可以说成是系统经绝热过程从初态到末态,它的熵永不减少.事实上,孤立系统必然绝热.普朗克把熵增加原理描述为:“在任何自然的(不可逆的)过程中,凡参与这个过程的物体的熵的总和永远是增加的.”这是现在公认的关于熵增加原理的最严格最全面的论述.2. 熵增加原理的实质参与不可逆过程的所有物体的熵的总和总是增加的,这种演变规律说明什么呢?从热力学意义上讲,熵是不可用能的量度,熵增加意味着系统的能量数量不变,但质量却越变越坏,转变成功的可能性越来越低,不可用程度越来越高.因此熵增加意味着能量在质方面的耗散.从统计意义上讲,熵反映分子运动的混乱程度或微观态数的多少.熵增加反映出自发过程总是从热力学几率小的或微观状态数少的宏观状态向热力学几率大的或微观状态数多的宏观状态演变.系统的最终状态是对应于热力学几率最大,也就是说是最混乱的那种状态,即平衡态.3. 时间之箭一切物质状态变化进程的自发不可逆性显示着时间的方向.地球的演变,生命的进化,社会的发展,宇宙的演化等等,各种自然过程无不标志着时间的进程.然而,在物理学中,无论是牛顿运动方程,还是量子力学的薛定谔方程,甚至相对论都是时间反演对称的,也就是说,把方程中的t换成(-t)方程不变,这就是说,过去和未来是没有差别的.这里时间只是和运动相联系,而不是和发展相联系,普里高津把这种反演对称的物理学称“存在的物理学”.“存在的物理学”为我们描绘的是一幅静态的、可逆的永恒不变的物理图像,一种理想化的图像.自然界中的一切自发过程都具有不可逆性,即它不具有时间反演不变性.熵给予时间的流逝以固定的方向和明确的物理意义,熵在物质世界中,作为时间的指针,作为“发展”的指针,为人们描绘出一幅动态的、不可逆的、不断演化的物理图像,普里高津称之为“演化的物理学”.时间单向性的讨论,是物理学中的一个重大问题.近年来,对不可逆的起源的一个引人注目的观点是认为不可逆性源于宇宙大爆炸,宇宙学箭头是最基本的时间箭头,其他的一切时间箭头,如热力学箭头,历史箭头、生命箭头等都可由宇宙学箭头推出.由于时间箭头问题涉及面极广,从宇宙到基本粒子,从单体到多体,从无生命现象到有生命现象,到目前为止还是一个尚待解决的难题.望采纳,谢谢

  • 什么是熵增定律?科学家:它能决定宇宙的命运,人类也受支配

    夜晚的星星,有些从太阳系还是一片尘埃时就存在于宇宙中了,有些哪怕等到50亿年后,太阳熄灭了它们都不会熄灭。

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    地球上的人总是把太阳当作永恒的象征,并且把太阳这一类天体也冠以了恒星的名号,仿佛它们就是宇宙中永恒的存在,但随着科学的进步,人们开始逐渐明白,包括太阳在内,宇宙中没有什么东西是永恒的。

    甚至连宇宙本身,也是一个有寿命的存在

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    目前的宇宙学理论认为,我们的宇宙起源于138.2亿年前的一次大爆炸,当时没有时间也没有空间,在人类大脑根本无法想象出画面的那个“存在”中,只有一个奇点,这个奇点可以看作是宇宙的种子,是时间和空间的开端,是所有物理定律的开端,同时也是组成恒星和人类的所有物质的开端。

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    不知道什么原因,奇点在138.2亿年前的某一刻发生了爆炸,在短时间内迅速膨胀到了一个相当大的体积,时空和物质也在膨胀中成型,大爆炸后30万年,光子开始在宇宙中飞行,星云开始凝聚成第一代恒星,然后是含有重元素的第二代恒星,我们的太阳就是一颗典型的第二代黄矮星,而地球以及地球上的我们,都是恒星的孩子。

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    时至今日,在天文学家的观测中,我们的宇宙仍在加速膨胀中,且这一速度在距离地球145亿光年外的地方正式超过光速,也就是说,145亿光年之外的星系退行速度已经超过了光速,人类永远看不见它们。

    但不要忘了,宇宙也并非永恒的存在

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    物理学家是最先意识到宇宙拥有生命极限的人,因为在研究永动机的路上,热力学中出现了熵增定律,通俗来说就是在一个封闭的系统内,系统的混乱程度总是会不断上升的,而永远不可能自发下降。

    因此一间屋子没人打扫就只能落灰,而不会自动变得越来越干净,同理,一个已经碎了的杯子也不可能自发再还原成杯子的模样。

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    把上面这两个例子代入宇宙后不难发现:太阳总有一天会熄灭,黑洞在漫长的时间过后也会蒸发殆尽,虽然现在还有新的恒星在不断诞生,但宇宙中的物质总量归根结底也是有限的,恒星不可能无限产生,因此总有一天,在熵增定律的影响下,宇宙中所有的恒星都会熄灭,宇宙将变成一片死寂。

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    从微观上来看

    宇宙中所有物质都由微小粒子组成,这些粒子在一刻不停地做着无规则运动,运动速度越快,物质温度越高,但同时也代表着内部粒子运动的无序度越高,即“熵”值越大。

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    在两杯温度不同的水之间,热水中的高熵粒子会主动转移到冷水中的低熵粒子,直到两者之间粒子运动速度相同,熵值相同,在这个过程中,原本熵值较低的凉水已经升高了,内部的无序度也增大了。

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    再进一步探究熵增的本质:在一个封闭系统中,事物只会自发地从低熵向高熵行进,且过程不可逆,而我们的宇宙就是最大的封闭系统,因为目前没有任何证据表明其他宇宙是存在的,也就是说,宇宙内的熵增无法避免。

    现在让我们推演一下宇宙的未来

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    50亿年后,太阳内部的氢元素耗尽,体积将是现在的200倍,届时将会吞没水星、金星、直至地球,当氦元素燃烧完后,百亿年的核聚变停止,太阳在一次大爆炸中变成白矮星,此时它不再拥有耀眼的光芒,而是发散着幽幽的白光。

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    这幽幽白光也会在几十亿年内逐渐熄灭,最后看不见任何光亮,天文学家将这种天体称之为黑矮星。

    另外一些超大质量恒星将会在核聚变中止后发生大爆炸,形成中子星或黑洞,中子星会在一刻不停地高速自转中从两极发射高能量脉冲,通常只有较短的几亿年寿命。

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    超大质量黑洞或许是宇宙最后还存在的天体,它会吞噬掉所有已经消亡的恒星。但即便是魔鬼一样的黑洞,在吸收物质的同时也在蒸发着自身的质量,在漫长的时间中走向衰变,最后在一次大爆炸后迎接死亡。

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    以上这些事件都发生后,宇宙中就达到了热平衡,茫茫宇宙将只剩下绝对的黑暗,唯一有希望避免这一结局的办法,只有找到其他宇宙。因为一旦其他宇宙存在,我们宇宙的熵增就能转移过去,就像热水的温度会逐渐转移到冷水一样。

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    反倒是人类自己,一直都在不断对抗熵增,时间之箭,指向荒芜,人的一生就是一个不断抵抗熵增的过程,只有我们不断为自己注入新的能量,才不会走向混乱无为的人生。

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