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再论:宏观不可逆的微观机制

已有 4052 次阅读 2014-5-21 18:15 |系统分类:观点评述| 热力学第二定律, 宏观不可逆, 微观可逆

再论:宏观不可逆的微观机制

满足热力学第二定律必要条件的封闭系统,如果没有狭管发挥“自组织”作用,必定会由“不平衡状态”,走向“热寂”(热平衡)状态,这样一种特定条件下由“不平衡”到“平衡”的变化过程,具有不可逆性,习惯称为:“宏观不可逆”。

但是,考察微粒碰撞的微观过程,却具有可以对时间反演的“可逆性”。构成长期以来——“微观可逆,宏观不可逆”——这个令人十分费解的一个问题。

为辨析这样特定条件下“宏观不可逆”的微观机制,(不失一般性,仅考虑沿一维线段之间运动的多个微粒、并假定各个微粒质量相等、且碰撞是完全弹性碰撞):那么,由于全体微粒如果具有初始不为零的宏观动量,该系统中微粒和线段两端的碰撞几率必然存在差异,使得,在和约束端碰撞、使部分微粒动量方向反向的情况发生,从而,在经过一段时间后,系统的宏观动量必定为零(但动能守恒);系统一旦达到宏观动量为零的状态后,继续和两个约束端的碰撞几率近似相等,就不可能恢复起始时那样一种宏观动量不为零的状态(仅可能围绕着宏观动量为零状态有微小的随机涨落),这是十分容易理解的。

继续,考虑对应线段AB已经达到热平衡、包含仅沿线段AB运动的N个微粒所构成的系统,如果此时,将端点B延长到C,那么,原来那个系统的热平衡状态就必定被打破,开始一个新的由“不平衡”到“平衡”的变化过程。其微观机制是:原来,在热平衡状态,每个微粒承受的、来自两个方向的碰撞对应的宏观动量和为零,每个微粒只能在平衡位置附近来回随机摆动;随着开放BC段,原本在B点就要发生微粒动量反向的情况不再出现,运动到B的微粒,必须运动到C点,才会发生微粒动量反向的情况,使得,每个微粒承受的、来自两个方向的碰撞对应的宏观动量和不再为零,每个微粒的平衡位置必定在来自两个方向不平衡的碰撞作用下,相对向新开放的C所在方向移动,经历一个短暂的、系统宏观动量不为零的过程之后,随着微粒在C端发生动量反向频率的逐渐提高,系统重新达到宏观动量为零的平衡状态。系统进入这样一种平衡态之后,却无法自行从该状态走出。




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