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熵贬值

王朝百科·作者佚名  2010-06-26
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名词含义

熵本是一个物理名词,由德意志科学家Rudolph Clausius(克劳修斯)提出.上就是用热量除温度所得的商,它标志热量转化为功的程度,是衡量客观世界无序程度的度量.贬值一次本属于政治经济学范畴,用来形容单位货币的价值下降. 熵贬值就是熵的价值下降.

宏观阐释Rudolf Clausius(克劳修斯)最初提出熵是用来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度.能量分布得越均匀,熵就越大.若一个封闭系统中能量完全均匀地分布,其熵就达到最大值,此时系统被称为热动平衡状态.在Rudolf Causius(克劳修斯)看来,如果让一个封闭系统自由发展,其能量差总是倾向于消除的.Rudolf Clausius(克劳修斯)由此得出结论:能量密度的差异倾向于变成均等,亦即熵将随着时光之矢增大.这便是热力学第二法则.热力学第二法则所揭示的就是,宇宙总熵会与日俱增,最终会达到热动平衡状态,亦即死寂.但是科学家们拒不接受这种说法,因为熵增的法则破坏了生命的有序.从James Clerk Maxwell开始科学家们想方设法驳斥它,这便有了熵贬值的概念.熵是能的函数.能既不被创造也不被消灭,宇宙的能是守恒的.但是当系统趋于热动平衡,熵值会愈来愈大.这表明能总值不变,但有效能却逐渐减少,即所谓能降.而随着能降,熵必然会贬值.

微观阐释Ludwig Boltzmann认为当能量被减少时,原子就呈现为一种更无序的状态.封闭系统愈混沌,熵值愈大.熵增不可逆性的微观本质和统计意义就是系统从有序趋于混沌,从概率较小的状态趋于概率较大的状态,就是说熵也是概率的函数.庞加莱回归表明在亚原子世界,“熵减”是存在的.但这里的熵减并非宏观意义上的熵减少,而是熵的效力减弱,也就是说熵贬值了.

Ludwig Boltzmann“如果对于气体理论的一时不喜欢而把它埋没,对科学将是一个悲剧;例如:由于牛顿的权威而使波动理论受到的待遇就是一个教训。我意识到我只是一个软弱无力的与时代潮流抗争的个人,但仍在力所能及的范围内做出贡献,使得一旦气体理论复苏,不需要重新发现许多东西。”

“本质上,今天的冲突和一场人类历史上反复发生的老式的权力斗争没有什么区别”。

—— Ludwig Boltzmann

Ludwig Boltzmann出生于维也纳,在维也纳和林茨接受教育,曾先后在格拉茨大学、维也纳大学、慕尼黑大学以及莱比锡大学等地任教,著有《物质的动理论》等。在那个困难的环境中,是他发展了James Clerk Maxwell的分子运动类学说,把物理体系的熵和概率联系起来阐明了热力学第二法则的统计性质,并引出能量均分理论,令科学界接受热力学理论。他首先指出,一切自发过程总是从概率小的状态向概率大的状态变化,从有序向混沌变化.Ludwig Boltzmann提出用“熵”来量度一个系统中分子的无序程度,并给出熵S与混沌W之间的关系为S=k㏒W(玻尔兹曼常数k=1.38×10^(-23)J/K).他最先把热力学原理应用于辐射,导出热辐射定律.他与Rudolph Clausius(克劳修斯)、James Clerk Maxwell并称气体动力学理论和统计力学的奠基者.

Ludwig Boltzmann跟Friedrich Wilhelm Ostwald(威廉·奥斯特瓦尔德)之间发生了科学史上非常有名的“原子论”与“唯能论”之争,“这两个死对头都同样机智,应答如流;彼此都很有才气.”(Max Karl Ernst Ludwig Planck)不承认存在“原子”的Ernst Mach支持Friedrich Wilhelm Ostwald(威廉·奥斯特瓦尔德),Max Karl Ernst Ludwig Planck则站在Ludwig Boltzmann一边.但由于当时Ernst Mach如日中天,而Max Karl Ernst Ludwig Planck还是无名小卒,科学界也拒绝承认“原子”的实在性。事实上Ludwig Boltzmann本人对Max Karl Ernst Ludwig Planck没什么好感,因为尽管Max Karl Ernst Ludwig Planck反对“唯能论”但对“原子论”也没有多少热情..E. Zermelo曾在文章中指出Ludwig Boltzmann的H-定理中不足之处,由于前者是Max Karl Ernst Ludwig Planck的学生,这就加重了Ludwig Boltzmann对Max Karl Ernst Ludwig Planck的意见.直到Max Karl Ernst Ludwig Planck以“原子论”为基础导出辐射定律,两人才冰释前嫌

尽管“原子论”最终胜出,但代价是极其沉重的.Ludwig Boltzmann几乎一生都在孤身对抗世界,这损严重害了他的生理和心理健康.自杀失败后他陷入了两难境地,加上接替Ernst Mach的工作失败,Ludwig Boltzmann越发痛苦.他的精神世界可以看做一个封闭系统,根据熵增加原理孤立系统的熵会不断增长,即他的内心在不可逆转地走向更混乱.终于他于1906年在自己钟爱的Duino停止了伟大的思考,这直接催生了“普朗克法则”:“一个新的科学真理照例不能用说服对手,等他们表示意见说‘得益匪浅’这个办法来实行.恰恰相反,只能是等到对手们渐渐死亡,使得新的一代开始熟悉真理时才能贯彻.”

“也许我的时代尚未到来,但就现实来说,它确已结束”(Sigmund Freud)

“行伟大之思者,致伟大之迷误”(Martin Heidegger-马丁·海德格尔)

“一生中大部分时间花在统计力学上的Ludwig Boltzmann,1906年自杀身亡.艾伦菲斯特继续了这项研究,但也以类似方式而死。现在轮到我们了…...”(古德斯坦)

Rudolph Clausius(克劳修斯)、William Thomson等人意识到热力学第二法则暗示着宇宙会归于热寂,开创统计力学的Ludwig Boltzmann无法回避热寂说.

作为世界上最普遍和深刻的概念,能和熵在统计力学中由概率而密切地联系在一起,被真正得到理解.时光之矢预示着熵永不停息地增加,能绝望地做着无力的抵抗.虽然耗散结构可以短暂地在局部逆转,但换来的是更大范围内的熵增,热寂不可阻止.作为科学史上最令人绝望痛苦的公设,热力学第二法则描绘了一个最可怕的未来,并在科学家们心中产生一个赶不走的噩梦.他们一个个前仆后继的用自己的生命和和所有来对抗这个噩梦,悲剧从一开始就已注定.

Ludwig Boltzmann的一生是悲剧性的,他希望为大家驱除梦魇,但由于走了一条超越时代的路而不为人所理解.因此,他与历史上的科学家们都不同,他几乎只有“敌人”,仅有的朋友还不完全赞同他.Ludwig Boltzmann是不幸中的不幸,他所做的被“恶意”解释了.正因为如此,他的工作才显得那么的难以置信.最后他放弃了,他累了,但他不经意间的小发现却给后人带来一丝曙光.

 
 
 
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