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》

$ 热力学第二定律在它建立了一百五十余年之后! 看起来仍然 像是一个发展规划! 极其不像是一个通常含义下已经完善的理论! 因为 对于熵的产生来说! 除了给出符号之外! 严格地说就什么也没有讲! 甚 至于连不等式的有效范围也没有确定 % 在熵概念诞生已经一百五十余 年后的今天! 怎么会是这样 对熵的物理意义的解释还存在另一方面的问题! 由于在动力学理 论中一直未能发现类似于热力学熵那样单调变化的态函数! 因此在动 力学理论模型中不存在特定的变化方向! 对变化和时间方向的不同描 述导致了动力学和热力学在自然观方面的矛盾 在经典动力学理论中! 动力学基本定律的一般数学特性表明了动

0 熵 一个世纪之谜的解析 力学轨道运动的可逆性'

对于一个动力学体系! 如果体系所有质点的速 度被反向! 体系将会实现$ 时间倒流% ! 并将回溯它在以前所历经的状 态 在动力学中! 速度反演# %E #和时间反演$%E $在数学上是等价 的 因此! 速度反演通常也就意味着过程反演 一个动力学变化可以被 另一个( 由速度反演所确定的) 动力学变化抵消! 相反的变化在动力学 理论中同样是可以实现的过程 这种动力学的基本对称性在电动力学# 量子力学中同样类似地存在 在量子力学中! 刘维 -诺埃曼方程给出了 $ : $反演不变性% ! 说明在对基本量子现象的描述理论中存在与经典动 力学的反演对称性类似的性质 问题在于理论上的这种基本对称性并不完全与实际观察结果一 致! &

,辛格( &

A I + .J + @ H * ) 曾经以辐射电磁场为例表达了对这种$ 基本对 称性% 的疑问 对于辐射电磁场! 实际观测它是单向的! 从未发现辐射场 以球面收缩的形式回到电荷并使电荷振荡越来越强! 但麦克斯韦方程 组在时间反演时却允许这样的过程发生! 因为麦克斯韦方程组允许有 两种对称解! 即所谓超前解和推迟解 只有推迟解与现象本身吻合! 而 超前解虽然与现象本身不合! 却给麦克斯韦方程组带来了一个重要性 质'

时间反演对称 于是! 出现了这样的结果'

现象看来是单向的! 而理 论模型却是可逆的 这可能说明物理学定律对现象描述过度! 产生了附 加的解! 这些附加的解可能掩盖实际过程存在单向性的事实 辐射电磁场的传播方向在电动力学中通常可以由玻印廷矢量来说 明 但是! 直到目前为止! 在动力学理论中的$ 变化% 仍然缺少证明是否 存在单向性的基本判据 热力学第二定律则揭示了统计集体宏观变化的单向特征! 即熵增 加! 所有自发变化都将导致体系熵的增大 这种变化的单向性引出了一 个重要的概念&

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不可逆性 不可逆性( 它通常通过熵这样一个单调变 化的态函数来表达) 限制了体系回溯从前所历经的状态 因此! 这两个 物理学理论体系对于$ 变化% 和时间方向有着不同的描述! 动力学模型 中没有时间方向的变化和热力学的不可逆性导致了两个理论体系在自 然观方面的冲突 这种冲突反映了物理学理论所面临的困难'

两个层次 的物理学理论体系的$ 变化% 和时间观念没有被建立在一个统一的基础 / !熵 一个世纪之谜的解........