PDF《为什么历经一百五十余年饱含人类辛劳和智慧的努力我们仍旧》

导!言 为什么历经一百五十余年饱含人类辛劳和智慧的努力 我们仍旧 无法解释由一个物理学概念引发的种种疑难 熵概念和热力学第二定律的提出 在科学史上是一个极其重要的 里程碑! 即使在今天看来 科学的发展已经涉及了极其广泛的领域 然 而熵至今仍然是遍及所有科学领域 具有特殊意义的概念! 因为它第一 次 在今天仍然是惟一地表达了 变化 和时间方向的普适性特征 它第 一次从全域的角度阐述了变化方向的含义 并将时间表达为 变化 的 内部性质! 熵概念的出现 对于科学应当怎样去理解自然存在和演化的 基本观点 世界观产生了极其深刻的影响! 但是 熵概念的出现也给物理学带来了严重的困扰 由于没有 态 变量 定义 这个以一种奇特方式定义的物理概念的含义解释实在令人 困惑! 严格来说 # $ %年克劳修斯只是给出了一个表达式 而没有对熵 的物理意义做出解释! 经典热力学已经得到的结果对于解释熵的物理 意义是无能为力的 它不能开宗明义地说明熵是什么 而只是在说熵会 如何变化! 这是一个难以解释的现象 因为熵概念看来并未涉及我们这个时 代的科学认知极限! 没有人能够从克劳修斯的经典文献或者任何一本 教科书中通过卡诺循环以及化学热力学关于熵概念的导出分析领悟 此状态函数 是什么 而只能知道 此状态函数 会如何变化! 这是一个 自洽的结果吗 导!!言 我们今天对于熵概念的理解主要来自玻耳兹曼的统计理论! 在熵 定理中! 玻耳兹曼指出熵与$ 热力学几率% 的对数成正比! ! 定理则将 热力学第二定律解释为$ 热力学几率状态% 的演绎! 这后来发展成为一 种非常流行的观点'

熵是统计集体无序程度的量度! 玻耳兹曼的统计理论在今天仍然面临一系列问题! 它不适用于存 在相互作用的情形! 这是因为等几率假设显然不能普适地适用于描述 统计集体的状态( 例如! 处于热力学平衡的多相共存态# 部分互溶二元 系形成液相分层或偏析的输运过程) ! 因此! 玻耳兹曼熵定理与热力学 熵具有不同的普适性! 除了存在相互作用# 涉及非布朗运动性质的体系 物质粒子区域分布问题之外( 吉布斯统计非常小心地回避了这一问 题) ! 它还涉及$ 负温度% 等诸多疑问! 统计解释留给我们的一个疑问是'

为什么它只是作为对克劳修斯熵的解释形式出现! 而不是直接对熵概 念所表征的物理实在给出直接定义 令人疑惑不解的是! 我们已经知道不能忽略摩擦# 粘滞性等耗散因 素去讨论热力学第二定律! 我们也知道这些耗散因素显然与相互作用 有关! 但在统计理论中以忽略相互作用的近独立子系或近独立方法为 基本分析模型的现象却普遍存在! 在这样的思想体系中! 该怎样去描述 摩擦# 粘滞性等耗散因素的作用 ! 定理则一直无法解释洛施米特( &

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( ) * + , + - .

) # / 0年提出的 $ 反演佯谬% 和基于彭加勒 #

1 2年在* 力学原理+ 中提出的$ 再出现定 理% 由泽梅洛( 3!

4 5

6 ,

5 7 ( ) 提出的$ 循环佯谬% ! 玻耳兹曼本人后来也意 识到了 ! 量模型作为解释从动力学推演出不可逆性的方案仍然存在 难以解释的问题! 它仅仅是一个现象学模型! 如同卡尔,波普尔( 8! 9! : ( ;

5 6 ) 所言'