||
熵学-10
2020-11-16
王安良
按:周六听了钱紘教授的报告,深受启发。我向他请教了最后一个问题:单个牛顿粒子是否有热熵?他说没有。我很“赞赏”他的直率。我们不考虑量子力学、相对论以及概率论,单个经典粒子的确没有热熵。
但是,关键就在于这个“但是”,我经过多年的深思熟虑之后,认为根本问题恰恰就出在这里。
借用古典的、最浅显的量子力学概念,对这个问题稍加改造,可分为两个问题来问:
1 单个粒子是否有“全热熵”?
2 单个粒子是否有“半热熵”?
下面,我们尝试回答一下这两个问题。
1 单个粒子是否有“全热熵”?
首先什么是“全热熵”?就是古典的热力学熵,或称克劳修斯定义的熵。若这个粒子是“牛顿”粒子,或称“全同性”粒子,比如非量子化定义的原子、电子乃至质子等,其热力学熵就是“无”。那么,这样的单个粒子就没有“全热熵”。如果不考虑量子力学和统计学,单个牛顿粒子的确无“全热熵”,不管其大如地球、太阳,还是小如“原子”。牛顿粒子是个经典力学的概念,仍是个理想化的物理模型。而对于分子和物理世界中,由多于一个原子构成的实物粒子,则要用到下面“半热熵”的概念。
2 单个粒子是否有“半热熵”?
什么是“半热熵”?这里的热熵仍是古典热力学熵。关键在于“半”字。对于任何一个实物粒子,在某些条件下可当作“无”热熵;而在另一些条件下可当作”有“热熵。这就是所谓的“半热熵”,或简称”半熵“。
比如,单个氢气分子,若不考虑其参与化学反应,则它无熵;若考虑其化学势能(或所谓的自由能),则它有熵。若存在核反应,那么各类原子,甚至电子、质子和中子都可以“有”热熵。而且是在某些情况下“有”热熵,在另一些情况下“无”热熵。所以,单个粒子应该有“半熵”,半熵就是个有价值的概念。或者,更容易理解的是,单个粒子都包含至少一个熵偶粒子。可类比的是,单个原子若包含的电子数和质子数相同,表现出电中性的特性;单个粒子中包含的全是熵偶粒子,则可把其当作“熵”中性的,也就是所谓的看起来像是既“无”熵又“有”熵。到底是有还是无,只有在某个具体的系统中才值得讨论。从系综理论到系统,统计力学则是无法回避的“工具”。
所以,单个粒子有“半热熵”。
那么光子呢?
光子和声子是一类特殊的微观粒子,必须引入量子力学,哪怕是古典的量子力学。
参考文献与致谢(多数略)
感谢科学网许多博主的辛勤写作。
http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=684007&do=blog&id=1254929
Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )
GMT+8, 2024-9-25 02:03
Powered by ScienceNet.cn
Copyright © 2007- 中国科学报社