熵增加原理
熵和熵增加原理
求 1.00kg冰融化为水时的熵变。
解：在本题条件下，冰水共存。若有热源供热则发 生冰向水的等温相变。利用温度为273.15+dT的热源 供热，使冰转变为水的过程成为可逆过程。 1.00kg冰融化为水时的熵变为：
2 d Q 12 Q m h
S 2 S 1 1T T 1d Q T T 1 .2 k2 /K J11
熵是系统状态的函数。
当状态由状态‘1’变化到状态‘2’时系统的熵增量：
SS2S1
kln 2kln 1 k
ln
2 1
克劳修斯根据卡诺定理导出了热量和熵的基本关系。
2
•克劳修斯熵公式
在卡诺定理表达式中，采用了讨论热机时系统吸
多少热或放多少热的说法。本节将统一用系统吸热表
示，放热可以说成是吸的热量为负（即回到第一定律
T
以重物及水为孤立系统，其熵变：
S S 水 S 重 物 dT 水 Q 0cT m T
C为 比热
EdMghT T0cm TT T0 T0S
15
注意：
1）退化的能量是与熵成正比的；
热源温度愈高它所输出的热能转变为功的潜力就
愈大，即较高温度的热能有较高的品质。当热量从高温
17
原来生命是一开放系统。其熵变由两部分组成。
开放系统---与外界有物质和能量的交换的系统
SSeSi
S i 系统自身产生的熵，总为正值。
S e 与外界交换的熵流，其值可正可负。
当系统远离平衡态时系统不断消耗能 源与物质，从熵流中获取负熵，从而使系 统在较高层次保持有序。正如薛定谔指出 来的：
分本来可以利用的能量变为退化的能量；可以证明：
退化的能量实际上就是环境污染的代名词。节约能源
熵增加原理
熵增加原理熵增加原理是热力学中重要的基本原理，指出任何封闭系统的熵都会自然地增加，而不会减少。
熵增加原理是热力学第二定律的表述之一，它不仅可应用于热力学系统，还可用于其他领域如化学、物理、生态学、经济学等。
熵代表的是一种混沌状态，是描述物质的无序程度的物理量。
随着时间的推移，任何系统中的物质都会自然地朝着更加无序的状态转化，因为无序状态比有序状态更加容易实现。
例如，如果把一个盛有火腿、鸡蛋和番茄的鸡蛋饼放置在煎锅上，火腿和番茄会慢慢地散开，鸡蛋也会逐渐凝固。
这种变化就是熵增加的过程。
通常来说，不能再将火腿、番茄和鸡蛋分离出来，因为它们已经成了一种混乱的状态。
熵增加原理的实际意义非常广泛。
它不仅适用于物理学，也适用于天文、生态学、社会科学和经济学等众多领域。
例如，社会系统也可以看作是一个普通系统，其中各种人员和资源共存，相互交织。
社会系统中的熵也会自然地增加，例如资源的减少、环境的恶化、人类行为的不可预测性，都是由于熵的增加造成的。
在生态系统中，熵增加原理则体现在能量和物质的流动当中。
由于生态系统中物种的多样性和复杂性，物质与能量的转化在其中总是处于极其复杂的状态。
能量和物质的流动会导致一定程度上的混乱，因此熵增加原理同样适用于生态系统，它又是生态学中至关重要的概念之一。
在经济学中，熵增加原理可以理解为市场竞争和资源分配的基本规则。
市场经济中，企业的存在就是为了追求利润最大化，而市场竞争的本质是寻求达到一种更混乱的状态。
例如，在市场上，企业之间为了争夺市场份额和消费者，会不断地推出新产品或改进现有产品，这就可以看作是消费市场中熵增加的体现。
总之，熵增加原理是一个普遍适用的概念，它影响了多种科学领域。
认识到熵增加原理的重要性可以帮助我们更好地理解各种自然现象和社会现象，并以此为依据制定一些合理的规则和策略来指导我们的行为。
增熵定律熵增定律
增熵定律熵增定律增熵定律，也被称为熵增定律，是热力学中的一个基本原理。
它指出在一个封闭系统内，熵（即系统的混乱程度）总是趋于增加。
这个原理可以用来解释许多自然现象和工程实践中的规律。
熵是热力学中的一个重要概念，它描述了系统的无序程度。
在一个封闭系统中，熵的增加意味着系统的混乱程度增加。
这个原理可以通过一个简单的例子来理解。
想象一个装有气体的封闭容器，气体分子在其中自由运动。
初始时，气体分子的分布是均匀的，即系统的熵较低。
然而，如果我们在一个小区域内增加了气体分子的浓度，例如通过在一侧加热，那么气体分子就会自发地从高浓度区域向低浓度区域移动，直到达到平衡。
这个过程中，系统的熵增加了，因为系统的无序程度增加了。
熵增定律可以从统计力学的角度进行解释。
根据统计力学的理论，系统的熵与系统的微观状态数有关。
微观状态数越多，系统的熵越大。
而在一个封闭系统中，微观状态数最大的情况是系统达到热平衡，即系统中的能量分布均匀，微观状态数最大。
因此，系统总是朝着熵增的方向演化，直到达到热平衡。
增熵定律不仅适用于热力学系统，还可以用来解释其他领域的现象。
例如，在信息论中，熵被用来描述信息的不确定性。
根据信息论的原理，信息的熵与信息的不确定性成正比。
当我们获得更多的信息时，系统的熵减少，不确定性减少。
而当我们缺乏信息时，系统的熵增加，不确定性增加。
增熵定律在工程实践中也有广泛的应用。
例如，在能源转换过程中，能量的转化总是伴随着能量的损失和熵的增加。
这是因为能量转化过程中总会有一部分能量被转化为不可用能量，例如热量的散失。
这种能量的损失和熵的增加是不可避免的，符合增熵定律的要求。
增熵定律是热力学中的一个基本原理，它描述了封闭系统中熵的增加趋势。
这个原理不仅适用于热力学系统，还可以用来解释信息论中的不确定性和工程实践中的能量转化过程。
通过理解和应用增熵定律，我们可以更好地理解自然现象和工程实践中的规律，为实际问题的解决提供指导。
什么是熵增加原理
什么是熵增加原理熵增加原理是热力学中一个非常重要的概念，它描述了自然界中熵不断增加的趋势。
熵是描述系统混乱程度的物理量，它是热力学第二定律的重要表现形式。
在热力学中，熵增加原理对于理解能量转化和自然界中各种过程具有重要意义。
首先，我们需要了解熵的概念。
熵是描述系统混乱程度的物理量，通常用符号S表示。
在热力学中，熵的增加意味着系统的混乱程度增加，系统的有序程度降低。
熵增加原理指出，孤立系统的熵不断增加，系统的有序程度不断降低。
这个原理揭示了自然界中的一种普遍趋势，即系统朝着更加混乱的状态发展。
其次，我们来看一下熵增加原理与热力学第二定律的关系。
热力学第二定律是热力学中的一个基本定律，它指出孤立系统内部的熵不会减小。
这意味着热能不可能从低温物体自发地转移到高温物体，热力学第二定律揭示了自然界中不可逆过程的普遍性。
熵增加原理是热力学第二定律的一个重要表现形式，它告诉我们，孤立系统的熵不断增加，系统的有序程度不断降低，这是自然界中不可逆过程的重要特征。
再者，我们可以通过一个简单的例子来理解熵增加原理。
想象一个装有气体分子的容器，开始时气体分子均匀分布在容器内。
如果我们在容器的一侧打开一个小孔，气体分子将会自发地从高浓度区域流向低浓度区域，直到整个容器内气体分子的分布变得更加均匀。
在这个过程中，系统的有序程度不断降低，系统的熵不断增加。
这个例子清晰地展示了熵增加原理在自然界中的普遍性。
总之，熵增加原理是热力学中一个非常重要的概念，它描述了自然界中熵不断增加的趋势。
通过理解熵增加原理，我们可以更好地理解能量转化和自然界中各种过程。
熵增加原理与热力学第二定律密切相关，它揭示了自然界中不可逆过程的普遍性。
通过简单的例子，我们可以清晰地理解熵增加原理在自然界中的应用。
希望本文能够帮助读者更好地理解熵增加原理的重要性和应用价值。
热力学中的熵增原理
热力学中的熵增原理热力学是研究能量转化与守恒的学科。
在热力学中，熵是一个重要的概念，用来描述系统的无序程度。
熵增原理是热力学中的一个基本原理，它与系统的演化过程和可逆性有关。
本文将详细探讨热力学中的熵增原理以及它的应用。
一、熵的概念与度量熵是描述系统混乱程度的物理量。
它是热力学中的一个基本状态函数，通常用S表示。
熵的单位是焦耳/开尔文（J/K）。
系统的熵增是指系统在某个过程中熵的增加量。
二、熵的增加与能量转化熵增原理表明，在孤立系统中，熵会不断增加，而不会减少。
根据熵增原理，能量转化必然伴随着能量的损失和系统熵的增加。
这意味着热能是不可完全转化为机械能的。
在能量转化的过程中，总会有一部分能量转化为无用的热能，而不能再次转化为有效的机械能。
三、熵增原理的应用1. 热力学循环的效率限制根据熵增原理，对于任意热力学循环，熵增总是大于等于零。
因此，根据熵增原理可以推导出卡诺热机的效率是最高的，而其他热力学循环的效率都不可能超过卡诺热机的效率。
2. 自发性过程的方向性熵增原理还可以用来确定某个过程的自发性方向。
当系统发生自发性过程时，系统的熵增大于零；而如果系统发生非自发性过程，系统的熵会减小。
因此，熵增原理可以用来判断一个过程是自发的还是非自发的。
3. 熵增原理与时间的箭头熵增原理在物理学中也与时间的箭头有关。
根据熵增原理，系统的熵增加是不可逆过程的特征，它与时间的单向性相关。
过去的事件是按照熵增的方向发生的，而未来的事件则是按照熵增的反向发生的。
四、熵增原理的意义和应用前景熵增原理不仅在热力学中有重要的应用，还在其他学科具有广泛的应用前景。
在信息论中，熵增原理用来描述信息传输的无序度。
在生态学中，熵增原理可以用来解释自然系统的演化过程。
此外，熵增原理还有助于理解复杂系统和宏观现象。
总结：热力学中的熵增原理是一个基本概念，它描述了能量转化过程中系统熵的增加。
熵增原理对于热力学循环的效率限制、自发性过程的方向性以及时间的箭头都有重要的意义。
热力学第二定律熵的增加原理
热力学第二定律熵的增加原理热力学第二定律是热力学中的一个基础定律，主要描述了一个系统自发过程中熵的增加趋势。
熵是热力学中的一个重要概念，它代表了一个系统的无序程度，也可以理解为系统的混乱程度。
熵的增加原理是热力学第二定律的核心内容之一。
1. 热力学第二定律的提出热力学中的第一定律是能量守恒定律，描述了能量的守恒和转化关系。
然而，第一定律并不能完全解释一些自然界常见的现象，例如热量只能从高温物体传递到低温物体，而不能反向传递。
为了解释这类现象，热力学学者在19世纪提出了热力学第二定律。
2. 熵的定义与性质熵是热力学中描述系统混乱程度的物理量，用符号S表示。
对于一个孤立系统，其熵在任何自发过程中都趋于增加。
熵的增加可以用以下两个性质来解释：2.1 熵的增加代表能量的耗散与系统的混乱一个系统的熵增加意味着系统内的能量分布愈发分散，也就是能量趋于耗散。
当一个系统的能量被转化和分配到不同的方式时，系统的熵增加，进一步导致系统的混乱程度增加。
2.2 熵增定理熵增定理是热力学第二定律的核心表述，它指出孤立系统的熵增加。
对于一个系统，其熵增加的大小与系统的热力学状态变化有关。
当系统经历一个自发过程时，熵增加的大小等于系统所吸收的热量除以温度。
3. 对熵增加的解释通过熵增加原理，我们可以解释一些自然界中的现象，例如：3.1 热量的传递方向熵增加原理可以解释热量只能从高温物体传递到低温物体的原因。
当两个物体温度相差较大时，热量从高温物体流向低温物体，使得熵增加。
如果反过来，熵反而减少，这违背了热力学第二定律。
3.2 自发过程的方向性熵增加原理还可以解释自发过程的方向性。
在一个孤立系统中，自发过程总是趋向于使熵增加，也就是系统的无序程度增加。
这就解释了为什么自然界中的事物往往趋于混乱与熵增加。
4. 熵增加与可逆过程可逆过程是指系统在过程进行中与外界无摩擦、无能量损耗的理想情况下进行的过程。
在可逆过程中，系统的熵保持不变，即不发生增加或减少。
熵增加原理
熵熵增加原理
熵熵增加原理熵增加原理是热力学第二定律的一个表述，也是熵的一个基本性质。
在自然界中，系统的熵总是趋向于增加，而不会减少。
熵的增加意味着系统的有序性降低，混乱度增加。
本文将详细阐述熵增加原理以及它的相关概念和应用。
熵是描述系统混乱度或无序程度的物理量，热力学体系中的系统可以包括物质、能量等。
熵的数学定义为熵的变化等于系统中的各个微观态出现的概率乘以各个微观态的熵的和的负值。
即：ΔS = -∑ pi log2 pi其中，ΔS表示系统的熵的变化，pi表示第i个微观态出现的概率。
根据熵的定义，可以得出熵增加原理：在一个孤立系统中，当发生任何过程时，系统的熵不会减少，总是趋向于增加。
这是因为在一个孤立系统中，所有微观态都有可能发生，而发生有序的微观态的概率相对来说很低，因此系统发生无序的微观态的概率更高，从而导致熵的增加。
熵增加原理凸显了自然界的一种趋势：即自然界总趋向于混乱和均衡的状态。
这与我们日常生活中的经验相符。
例如，我们可以观察到一杯冷却的咖啡会逐渐溶解糖，而不会发生反向的过程；我们也可以观察到热的物体会散发热量，而不会将热量自发地吸收回来。
这些现象都符合熵增加原理。
熵增加原理不仅适用于热力学系统，还可以应用在其他自然系统中。
例如，在生态学中，熵增加原理可以解释为什么生态系统总是趋向于多样性和平衡。
生物进化过程中，物种会逐渐出现适应性更强的变种，以应对环境变化。
这表现为生物物种的多样性增加，系统的熵也相应增加。
此外，生物体的死亡和生物有机物的分解也会导致熵的增加。
熵增加原理还可以应用于信息论中。
在信息论中，熵被定义为信息的不确定性，即信息的平均量。
在这个理论框架下，熵增加原理描述了信息传递或处理的特性。
根据熵增加原理，一个信息系统中的噪声和误差总是增加的，这要求我们在信息传递和处理中采取一系列的纠错措施，以提高信息传递的可靠性和效率。
总之，熵增加原理是热力学第二定律的一个表述，它描述了自然界总趋向于混乱和均衡状态的规律。
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性紧密联系. 天体物理学家爱丁顿 ( Eddington A S ,英 1882 —
1944) 称熵增加原则即热力学第二定律是自然界所有 定律中至高无上的.“熵是时光之箭”,他说 “: 时间的指 针是由星系的退离自行带动的. ”
霍金指出 “: 时间箭头把过去和将来区别开来 ,使 时间有了方向. 至少有三种不同的时间箭头 :第一 ,是 热力学时间箭头 ,在这个时间方向上无序度或熵增加 ; 然后是心理学时间箭头 ,这就是我们感觉时间流逝的 方向 ,在这个方向上我们可以记忆过去而不是未来 ;最 后 ,是宇宙学时间箭头 ,在这个方向上宇宙在膨胀 ,而 不是收缩. ”
一定律 ,它能从大气或海洋这类单一热源吸取热量而
做功. 2. 热力学第二定律的基本含义 热力学第二定律的克氏表述和开氏表述具有等效
性 ,设想系统经历一个卡诺循环 ,可以证明 ,若克氏表 述不成立 ,则开氏表述也不成立 ;反之 ,亦能设想系统 完成一个逆卡诺循环 ,如果开氏表述不成立 ,则克氏表 述也不成立.
的理解 .
“熵”是德国物理学家克劳修斯在 1865 年创造的
一个物理学名词 ,其德语为 entropie ,简单地说 ,熵表示
了热量与温度的比值 ,具有商的意义. 1923 年 5 月 25
日 ,普朗克在南京的东南大学作“热力学第二定律及熵
之观念”的学术报告时 ,为其作现场翻译的我国著名物
理学家胡刚复根据 entropie 的物理意义 ,创造了“熵”
这个字 ,在“商”旁加火字表示这个热学量.
一 、热力学第二定律
1. 热力学第二定律的表述
19 世纪中叶 ,克劳修斯 ( R. E. Clausius ,德 ,1822 —
1888) 和开尔文 ( Kelvin Lord 即 W. Thomson ,英 1824 —
1907) 分别在证明卡诺定理时 ,指出还需要一个新的原
自然界中一切与热现象有关的实际过程都有其自 发进行的方向 ,是不可逆的. 自然界的不可逆过程是相 互关联的 ,我们可以通过某种方法把两个不可逆过程 联系起来 ,由一个过程的不可逆性推断出另一个过程 的不可逆性. 除了摩擦生热和热传导过程以外 ,如趋向 平衡的过程 ,气体的自由膨胀过程 ,扩散过程 ,各种爆 炸过程等等都是不可逆过程. 热力学第二定律由于表 明了与热运动形式联系着的能量转化的方向性和限 度 ,从而成为独立于热力学第一定律之外的另一重要 定律 ,它使自然过程中能量转化的表征更加全面了 ,这 在物理学理论的发展中无疑是一个重要的进步.
S = kln ω+ S0 .
·15 ·
这就是熵增加原理的统计解释 , 玻尔兹曼指出自然界 的自发过程是系统从几率较小的有序状态向几率较大 的无序状态的过渡 , 平衡态即是具有最大几率 ( 即 S 取极大值) 的最无序的状态. 任何孤立系统中都有一种 不容改变的倾向 ,使系统的有序度不断降低而无序度 不断增加 ,这就是物理过程不可逆性的实质.
克氏表述和开氏表述直接指出 ,第一 ,摩擦生热和 热传导的逆过程不可能自动发生 ,也就是说摩擦生热 和热传导过程具有方向性 ; 第二 ,这两个过程一经发 生 ,就在自然界留下它的后果 ,无论用怎样曲折复杂的 方法 ,都不可能将它留下的后果完全消除 ,使一切恢复 原状. 只有无摩擦的准静态过程被认为是可逆过程.
参考文献 1 汪志诚. 热力学·统计物理. 北京 :高等教育出版社.
1998 2 李如生. 非平衡态热力学与耗散结构. 北京 :清华大
学出版社. 2001 3 霍金. 吴忠超译. 时间简史. 长沙 :湖南科学技术出
版社. 2002 4 魏风文 ,申先甲. 20 世纪物理学史. 南昌 :江西教育
理 ,从而发现了热力学第二定律.
克劳修斯 1850 年的表述为 ,不可能把热量从低温
物体传到高温物体而不引起其他变化. 1865 年 ,克劳
修斯得出了热力学第二定律的普遍形式 :在孤立系统
中 ,实际发生的过程总是使整个系统的熵值增加 ,所以
热力学第二定律又称“熵增加原理”. 其数学表示为
B
Θ SB - S A = d Q/ T , A
度一样. 无限大的熵垒保证了时间方向的单一性 ,保证 了生命与自然的一致性 ,使认识成为可能. 生命系统是 耗散的自组织系统 ,借助于内禀生命节律机制产生时 间的方向性的感觉. 耗散自组织系统具有历史和分叉 , 通过某种滞后返回时表现出某种对历史的“记忆”. 从 认识论角度来看 ,这正是主体能够认识客体 ,主观时间 能够反映客观时间的物质基础.“耗散结构理论最使人 感兴趣的方面之一就是 :我们现在能在物理学和化学 的基础上发现这个时间方向性的根源. 这个发现反过 来又以自洽的方式证明我们认为自己所具有的对时间 的感觉是合理的. ”
现行高中物理教材增加了热力学第一定律和热力
学第二定律 ,这是热学中最基本的两条定律 ,前者是能
量的定律 ,后者则是熵的法则. 相对于“能量”“, 熵”的
概念比较抽象. 但随着科学的发展 “, 熵”的意义愈来愈
重要. 本文从简述热力学第二定律的建立过程着手 ,从
各个侧面讨论“熵”的物理本质 、科学内涵 ,以加深对它
二 “、热寂说”及反驳论据 汤姆逊和克劳修斯把熵定律外推到整个宇宙 ,得出 整个宇宙的温度必将达到均衡 ,形成不再有热量传递的 所谓“热寂”状态 ,这就是“热寂说”.“宇宙越接近这个极 限状态 ,宇宙就越消失继续变化的动力. 最后 ,当宇宙达 到这个状态时 ,就不可能发生任何大的变动. 这时宇宙 将处于某种惰性的死的状态中. ”克劳修斯断言. 玻尔兹曼提出 ,熵定律只具有统计性质的规律. 熵 为极大的状态只是一种最慨然状态 , 系统中不可避免 地会发生或大或小的涨落. 虽然宇宙整个来说处在热 寂状态 ,由于宇宙之大 , 宇宙中一个小部分 (比如太阳 系) 可以处在远离平衡的涨落状态之中 ,而且某一部分 的涨落消失了 ,其他部分也会发生类似的涨落. 麦克斯韦隐约地意识到 , 自然界存在着与熵增加 相对抗的能量控制机制 , 但他当时无法清晰地说明这 种机制. 他只能假定存在一种“类人妖”,能够按照某种 秩序和规则把做随机热运动的微粒分配到一定的相格 里 ,这 就 是 1871 年 出 现 的 有 名 的“麦 克 斯 韦 妖 ” (Maxwellπs demon) 的概念. 熵定律只发生在某个有限的孤立系统中 ,因此热 动平衡总是有限的 ,有条件的 ,相对的. 克劳修斯否定 了热动平衡的条件性 ,从而做出了不恰当的推论. 因 此 ,宇宙中的热动状态 ,只能在局部上趋向平衡 ,而又 在总体上破坏平衡 ,使整个宇宙根本不可能最终达到 热平衡状态. 远离平衡态的非平衡态开放系统 ,局部范 围内熵可以减少 ,如生命系统 、社会系统等. 有代表性 的是普里高津的耗散结构理论 (见后述) “, 生物以负熵 为食”薛定谔 ( E. Schro¨dinger ,奥地利 ,1887 —1961) 甚 至认为太阳本质上既不是为地球提供能量 ,也不是提 供物质 ,而是供给地球“负熵”的系统. 最新的事实证明 ,宇宙不会走向“热寂”,但熵定律 的普适性并未动摇. 三 、熵增加原理的发展 1. 自然有序性的存在 将盛有氢气和硫化氢气体混合物的容器 ,两端产 生并保持一个很小的温度差 ,就会发现两种气体将逐 渐分离 ,较轻的 H2 多流向较热的一边 ,较重的 H2 S 则 多聚集于较冷的一边 ,形成了各自的浓度梯度. 这个现 象表明 ,在不可逆的非平衡态过程中 ,可以产生出有序
或
d S ≥d Q/ T (无穷小过程) .
式中等号适用于可逆过程.
开尔文 1951 年的表述为 ,不可能从单一热源吸热
使之完全变成有用的功而不引起其他变化 ,开氏表述
也可以称为 ,第二类永动机是不可能造成的. 所谓第二
类永动机是指能从单一热源吸热 ,使之完全变成有用
的功而不产生其他影响的机器 ,该机不违反热力学第
·16 ·
性. 20 世纪上半叶科学家相继发现的蜂巢状花纹 “( 伯 纳德花纹”) 、昂萨格倒易关系 、化学振荡反应等都说明 了பைடு நூலகம்一点.
2. 普里高津的耗散结构理论 从 1947 年到 1969 年 ,普里高津 ( Prigogine Itya , 俄籍 比 利 时 , 1917 —2003) 和 他 的 同 事 格 兰 斯 道 夫 ( Glansdorff Paul) 一起 ,考察了大量不同系统在远离平 衡态 (像生命系统) 时的不可逆过程 ,概括出了它们的 演化行为的共同点 ,提出了“耗散结构”的概念 ,建立了 一种称为“广义热力学”的理论. 从本质上讲 ,他们使用 的是一种“局部平衡”的近似方法 ,即把一个远离平衡 态的系统 ,划分为许多子系统 ,在局部上表现为平衡 态 ,整个系统由这许许多多的局部连缀而成. 这个方法 与广义相对论理论把弯曲时空想象为许多局部平直时 空连缀在一起的方法是类似的. 他们利用这种方法来 研究平衡态热力学不能处理的情形. 普里高津区分了两种类型的结构 ,即“平衡结构” 和“耗散结构”. 平衡结构是一种不与外界进行任何能 量和物质交换就可以维持的“死”的有序结构 ;而耗散 结构则只有通过与外界不断交换能量和物质才能维持 其有序状态 ,这是一种“活”的结构. 普里高津 —格兰斯 道夫的判据指出 ,对于一个与外界有能量和物质交换 的开放系统 ,在到达远离平衡态的非线性区时 ,一旦系 统的某个参量变化到一定的阈值 ,稳恒态就变得不稳 定了 ,出现一个“转折点”,系统就可能发生突变 ,即非 平衡相变 ,演化到某种其它状态. 一个重要的新的可能 性是 ,在第一个转折点之后 ,系统在空间 、时间和功能 上可能会呈现高度的组织性 ,即到达一个高度有序的 新状态. 例如在某些远离平衡的化学反应中 ,可以出现 规则的颜色变化或者漂亮的彩色涡旋. 应该指出的是 , 当系统远离平衡时 ,整体熵以极快的速率增长 ,这是与 热力学第二定律一致的. 但是在小的尺度范围内 ,却可 能出现极其有序的结构. 这只有在系统是开放的 ,通过 与外界的能量和物质交换而保持在偏离平衡的状态时 才可能出现的. 因为这才使得系统所产生的熵可以输 送到外界 ,使系统处于低熵的有序状态. 耗散结构理论讨论了系统从平衡态 、近平衡态到 远离平衡态的发展过程中 ,结构的有序和无序 、平衡和 不平衡 、稳定和不稳定的矛盾转化规律 ,普里高津为此 获得了 1977 年的诺贝尔化学奖. 四 、熵增加原理的本质 在牛顿力学 、相对论和量子力学中 ,时间 t 只是描 述运动的一个参量 ,不具有演化方向的意义 ,即都否定 了时间的方向性. 为什么熵定律具有如此广延的普适 性 ? 一些科学家认为这是由于熵定律跟时间的不可逆