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[attach]217[/attach]<br /> <br /> <br /> <strong><font size="5"> 熵:一种新的世界观</font></strong><font color="#1e1e1e"><font face="宋体"><font style="font-size:14px">(节选)</font></font></font><br /> <br /> <font color="#1e1e1e"><font face="宋体"><font style="font-size:14px"> 里夫金 霍华德</font></font></font><br /> <br /> <font color="#1e1e1e"><font face="宋体"><font style="font-size:14px"> </font></font></font><font size="4"><font color="#1e1e1e"><font face="宋体"> 一位名叫麦克斯·格拉克曼[1] 的人类学家曾经说:“科学是一门学问,它能使这一代的傻瓜超越上一代的天才。”热力学第一定律与第二定律早已编入物理学基础教程,它们所表达的内容现在看来不过是简单明了的常识而已。然而将它们最终明白无误地表达出来,却经过了一段曲折的路程;许多天才为之呕心沥血,提出过大量复杂的理论。奇怪的是,虽然科学家们多少年来为这两个定律的真正涵义绞尽脑汁,地球上各民族文化的民谚却早已悟出其中三昧[2]。我们都听说过这些说法:“你不可能不劳而获”,“覆水难收”或者“天网恢恢,疏而不漏”。如果这些谚语对你说来不算陌生,而且在日常生活中你也反复有过这样的亲身体验的话,那么,你就懂得了热力学第一定律和第二定律。</font></font><br /> <br /> <font color="#1e1e1e"><font face="宋体"> 热力学概念乍听起来有些深不可测,其实它们是我们所知道的最简单而又给人印象最深的科学概念。热力学的两个定律可以用一句简短的句子来表达:</font></font><br /> <br /> <font color="#1e1e1e"><font face="宋体"> 宇宙的能量总和是个常数,总的熵是不断增加的。</font></font><br /> <br /> <font color="#1e1e1e"><font face="宋体"> 这也就是说我们既不能创造,也不能消灭能量。宇宙中的能量总和一开始便是固定的,而且永远不会改变。热力学第一定律就是能量守恒定律,它告诉我们能量虽然既不能被创造又不能被消灭,但它可以从一种形式转化为另一种形式。</font></font><br /> <br /> <font color="#1e1e1e"><font face="宋体"> 我们应该牢记的最重要的一点,就是我们不能创造能量。从来就没人创造过能量,也永远不会有人能创造。我们力所能及的只是把能量从一种状态转化成另一种状态。要理解这一点不甚容易,特别是考虑到一切都是由能量所生成的。世间万物的形态、结构和运动都不过是能量的不同聚集与转化形式的具体表现而已。一个人、一幢摩天大楼、一辆汽车或一棵青草,都体现了从一种形式转化成为另一种形式的能量。高楼拔地而起,青草的生成,都耗费了在其他地方聚集起来的能量。高楼夷为平地,青草也不复生长,但它们原来所包含的能量并没有消失,而只是被转移到同一环境的其他所在去了。我们都听说过这么一句话:太阳底下没有新鲜东西[3]。要证实这一点你只需呼吸一下。你刚才吸进了曾经让柏拉图[4]吸进过的5 000万个分子。</font></font><br /> <br /> <font color="#1e1e1e"><font face="宋体"> 如果我们需要考虑的仅仅是热力学第一定律,那我们滥用那万世不竭的能源也没有什么奥妙了。然而我们知道世界并非如此。比如我们烧掉一块煤,它的能量虽然并没有消失,但却经过转化随着二氧化碳和其他气体一起散发到空间中去了。虽然燃烧过程中能量并没有消失,但我们却再也不能把同一块煤重新烧一次来做同样的功了。热力学第二定律解释了这个现象。它告诉我们每当能量从一种状态转化到另一种状态时,我们会“得到一定的惩罚”。这个惩罚就是我们损失了能在将来用于做某种功的一定能量。这就是所谓的熵。</font></font><br /> <br /> <font color="#1e1e1e"><font face="宋体"> 熵是不能再被转化做功的能量的总和的测定单位。这个名称是由德国物理学家鲁道尔夫·克劳修斯[5]于1868年第一次造出来的。但是年轻的法国军官沙迪·迦诺[6]却比克劳修斯早41年发现了熵的原理。迦诺在研究蒸汽机工作原理时发现,蒸汽机之所以能做功,是因为蒸汽机系统里的一部分很冷,而另一部分却很热。换一句话说,要把能量转化为功,一个系统的不同部分之间就必须有能量集中程度的差异(即温差)。当能量从一个较高的集中程度转化到一个较低的集中程度(或由较高温度变为较低温度) 时,它就做了功。更重要的是每一次能量从一个水平转化到另一个水平,都意味着下一次能再做功的能量就减少了。比如河水越过水坝流入湖泊。当河水下落时,它可被用来发电,驱动水轮,或做其他形式的功。然而水一旦落到坝底,就处于不能再做功的状态了。在水平面上没有任何势能的水是连最小的轮子也带不动的。这两种不同的能量状态分别被称为“有效的”或“自由的”能量,和“无效的”或“封闭的”能量。</font></font><br /> <br /> <font color="#1e1e1e"><font face="宋体"> 熵的增加就意味着有效能量的减少。每当自然界发生任何事情,一定的能量就被转化成了不能再做功的无效能量。被转化成了无效状态的能量构成了我们所说的污染。许多人以为污染是生产的副产品,但实际上它只是世界上转化成无效能量的全部有效能量的总和。耗散了的能量就是污染。既然根据热力学第一定律,能量既不能被产生又不能被消灭,而根据热力学第二定律,能量只能沿着一个方向——即耗散的方向——转化,那么污染就是熵的同义词。它是某一系统中存在的一定单位的无效能量。</font></font><br /> </font><br /> <br />
摘要
熵:一种新的世界观(节选) 里夫金 霍华德 一位名叫麦克斯·格拉克曼 的人类学家曾经说:“科学是一门学问,它能使这一代的傻瓜超越上一代的天才。”热力学第一定律与 ...
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