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波尔兹曼奖获得者E. H. Lieb谈热力学第二定律

已有 6233 次阅读 2009-10-11 18:37 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记

 

       我国有不少人热衷于热力学。有人要推翻热力学第二定律。也有人用热力学第二定律去解释各种现象。

       但是,Elliott H. Lieb指出:问题出在热力学第二定律理论解释和描述上的不完备性,而不是热力学第二定律本身。

       希望对动不动就“推翻了XX定律”者的思路有所帮助。

 

回顾十年前Elliott H. Lieb的一篇论文[Elliott H. Lieb获得the Boltzmann medal of the International Union of Pure and Applied Physics的答谢论文:Some problems in statistical mechanics that I would like to see solvedPhysica A 263 (1999) 491499] 感到很有现实际意义,特将其中的妙论摘译(重新编辑)下来。

 

“我近来一直在努力理解热力学第二定律。很不幸的是,经典热力学只不过是教导我们: S = k In W。对某些模式它可能是当然的,但现实情况远比这复杂。热力学第二定律说的是:与“平衡态”相联系的是一个熵。熵精确的描述了那类过程可以出现那类过程不能出现(熵增定律)。。。。

。。。热力学第二定律描述了一个人可以期望的由冰岛(Iceland)中部的一个孔洞中突出的蒸气流来获得的能量。目前的各态遍历定理根本无法让我们理解到底会出现什么事情。

       考察理想绝热罐(有一个理想绝热塞子,塞子用石头压住)中的气体。问:系统是在“平衡态”吗?务实的人多数答:是。特别的,通过石头按按塞子会增大气压,又把塞子顶回原处。但是,统计力学家要争辩到:除非塞子外的石头温度与气体一样,系统不是“平衡态”。既然塞子是理想绝热的,还管塞子外的石头温度干嘛?道理在于:S = k In W要求等温条件(此时熵取极大值)。换句话说,如果温度不同,由高温向低温体转送的能量会显著的增大总熵。但是,理想绝热塞子并不许可由高温向低温体的能量转送。故,按照学校教的,答:气压只不过是平均概念,系统可以通过“起伏”将动量传递给塞子以移动塞子,故把一点能量从低温转送给高温体。还有其它回答。

但问题还不仅仅在于此。这个系统是有点“悖论性的”。因为气体与石头互相做功,按热力学第二定律,二者的熵都要增大。“悖论”在于:热的子系统必须减小它的“熵”才能把能量传给冷的子系统。

       有三个办法:1)塞子的宏观运动根本不能做宏观描述;2)放弃无约束的熵极大化的思想;3)放弃热力学第二定律。

       我投票方法2)。热力学第二定律是久经考验的,没有实验性的反面证据,而是不断的被实验证实。”

 

下一步该如何进行呢?

       引入非平衡热力学,对熵进行新的定义。

 



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