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科学严谨性不容差“一点”

已有 5704 次阅读 2010-12-13 10:20 |个人分类:现代热力学|系统分类:观点评述| 科学, 克劳修斯, 昂萨格, 普利高京, 严谨性

 
古语说:差之分厘,谬之千里。这在近代科学中是非常常见的事。例如,外科手术,甚至有时使用新的“超声刀”来替代普通的手术刀。据说在分离组织时可以减少误伤。例如在切割甲状腺肿块时不容易伤及气管。“超声刀”的费用不在医保之内,但是多数病人还是乐意采用。
 
热力学是一门严谨的学科。更不容差“一点”。
 
例如,19世纪的热力学被笼统的称为“经典热力学”。这一名称一叫就是近百年。那么为什么经历近百年为什么不明确什么是“现代热力学”呢?有的书上说:“经典热力学”就是“平衡热力学”或“可逆过程热力学”。其实都不完全正确。因为克劳修斯不等式,熵增(dS)原理,吉布斯自由能[(dG)T,p]减少原理中都包含等式和不等式两部分。因此应该是:

1   热力学的经典分类系统
 
经历了20世纪大部分时间的发展。特别是还包含了两项诺贝尔奖的工作:昂萨格的线性非平衡热力学倒易关系和普利高京的非线性非平衡热力学耗散结构。于是在20世纪的传统热力学中热力学就被分为平行或不平行的三个分支领域(以下只列出不平行的分类系统):
 

2   热力学的传统分类系统.
其实以上的分类都只差“一点”。就是少了“1865年克劳修斯的热力学第二定律表述”的数学表达式:
经典热力学第二定律的判据是:diS1 = diS >= 0. 体系的熵产生等于内部过程熵产生(对象只有自发过程的简单非耦合体系)
现代热力学第二定律的判据是:diS1 > 0, diS2 < 0 & diS >= 0. 其中体系的熵产生等于内部过程熵产生之和, diS = (diS1 + diS2). (对象同时包含自发和非自发过程的复杂耦合体系)
于是,整个热力学分类系统就发生了实质性的变化:



热力学的完整基本分类系统
 
问题是不是就这样“简单”?是的,就差这么“一点”。至此没有添加任何新的“假定”、“前提”、“定义”之类的的朦胧概念。
 
这就是热力学学科的严谨性,科学的严谨性!
 
附上1865年克劳修斯的热力学第二定律表述”的原文:
 
第二基础原理, 在我所给出的形式中, 断定所有在自然界中的转变可以按一定的方向, 就是我已经假定是正的方向, 而不需要补偿地由它们自己进行; 但是对相反的方向, 就是负的方向, 它们就只可能在同时发生的正转变的补偿下进行. (The second fundamental theorem, in the form which I have given to it, asserts that all transformations occurring in nature may take place in a certain direction, which I have assumed as positive, by themselves, that is, without compensation; but that in the opposite, and consequently negative direction, they can only take place in such a manner as to be compensated by simultaneously occurring positive transformations.)”




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