13-1 描述碰撞的两个统计平均量、热力学第二定律及熵的统计意义.ppt

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1、NO.13-12011125四、熵熵 及 热力学第二定律热力学第二定律的统计意义统计意义二、玻耳兹曼能量分布率能量分布率内容纲要内容纲要一、麦克斯韦气体分子一、麦克斯韦气体分子速率分布律速率分布律 及及 三个三个统计速率统计速率三、分子三、分子平均自由程平均自由程 及及 平均碰撞频率平均碰撞频率2.麦克斯韦气体分子速率分布律麦克斯韦气体分子速率分布律u 麦氏麦氏速率分布函数速率分布函数u 麦氏麦氏速率分布曲线速率分布曲线u 麦克斯韦速率分布率麦克斯韦速率分布率六、麦克斯韦气体分子速率分布律六、麦克斯韦气体分子速率分布律（无外场作用时，近独立经典（无外场作用时，近独立经典（无外场作用时，近独立经

2、典（无外场作用时，近独立经典全同自由粒子的最概然分布）全同自由粒子的最概然分布）全同自由粒子的最概然分布）全同自由粒子的最概然分布）最概然速率最概然速率最概然速率最概然速率3.三种统计速率三种统计速率（1 1）最概然速率）最概然速率（2 2）平均速率）平均速率（3 3）方均根速率）方均根速率六、麦克斯韦气体分子速率分布律六、麦克斯韦气体分子速率分布律12例：例：同一种气体，在不同温度下的速率分布曲线如同一种气体，在不同温度下的速率分布曲线如图所示。则图所示。则T1T2；例：例：两种气体（氢气和氧气），在相同温度下的速两种气体（氢气和氧气），在相同温度下的速率分布曲线如图所示。则率分布曲线如图所

3、示。则a为为，b为为。ab氢气氢气氧气氧气最概然速率两侧概率相等？最概然速率两侧概率相等？不等！不等！例：例：你能用所学的知识解释大气中氢气含量比氧气你能用所学的知识解释大气中氢气含量比氧气少吗？少吗？第二宇宙速度第二宇宙速度(逃逸速度逃逸速度)：使物体脱离地球引力：使物体脱离地球引力范围所需的最小速度。范围所需的最小速度。例例已知分子数已知分子数，分子质量，分子质量，分布函数，分布函数求求:1）速率在速率在间的分子数；间的分子数；2）速率在）速率在间所有分子平动动能之和间所有分子平动动能之和.说明：说明：方均速率方均速率 可用于计算分子的平均平动可用于计算分子的平均平动动能，说明气体的压强、

4、温度、内能等状态量的动能，说明气体的压强、温度、内能等状态量的微观本质和微观本质和 统计意义。统计意义。例例已知处于平衡态的气体分子分布函数已知处于平衡态的气体分子分布函数，求求:速率在速率在间的分子的平均速率。间的分子的平均速率。说明：说明：平均速率平均速率 用于说明分子间的碰撞、用于说明分子间的碰撞、气体的输运问题。气体的输运问题。七、玻耳兹曼能量分布率七、玻耳兹曼能量分布率LawofBoltzmannEnergyDistribution 在保守力场在保守力场作用下，分子同时具有作用下，分子同时具有动能动能和和势能势能，分子的分布需同时考虑分子的分布需同时考虑速率分布速率分布和和空间位置分

5、布空间位置分布。势能为零处单位体积内势能为零处单位体积内各种速度的分子数密度各种速度的分子数密度势能为势能为p处单位体积内处单位体积内各种速度的分子数密度各种速度的分子数密度3.室温下，气体分子的平均速率为数百米室温下，气体分子的平均速率为数百米每秒（每秒（），），为什么花露水的香味扩散几米却需要几秒为什么花露水的香味扩散几米却需要几秒的时间呢？的时间呢？八、分子平均自由程及平均碰撞频率八、分子平均自由程及平均碰撞频率（1 1）碰撞使气体从非平衡态）碰撞使气体从非平衡态）碰撞使气体从非平衡态）碰撞使气体从非平衡态向平衡态过渡；向平衡态过渡；向平衡态过渡；向平衡态过渡；（2 2）碰撞使处于平衡态

6、的气体）碰撞使处于平衡态的气体）碰撞使处于平衡态的气体）碰撞使处于平衡态的气体具有确定的温度和压强；具有确定的温度和压强；具有确定的温度和压强；具有确定的温度和压强；l分子分子有效直径有效直径为为d（分子间距的平均值）（分子间距的平均值）.1.气体分子碰撞的微观模型气体分子碰撞的微观模型l无引力无引力的的弹性小球弹性小球自由程：自由程：分子两次相邻分子两次相邻 碰撞之间自由通过的路程碰撞之间自由通过的路程.处于处于平衡态平衡态的气体分子自由程和碰撞频率的气体分子自由程和碰撞频率具有具有一定的统计分布一定的统计分布。碰撞频率：碰撞频率：分子在单位时间内与其它分子的碰撞次数分子在单位时间内与其它分

7、子的碰撞次数.MeanFreePath;MeanCollisionFrequency八、分子平均自由程及平均碰撞频率八、分子平均自由程及平均碰撞频率2.描述分子间碰撞的物理量描述分子间碰撞的物理量（1 1）平均碰撞频率）平均碰撞频率（2 2）平均自由程）平均自由程 一个分子在单位时间内与其它分子碰撞的一个分子在单位时间内与其它分子碰撞的平均次数平均次数。分子在连续两次碰撞间所经过的自由路程的的分子在连续两次碰撞间所经过的自由路程的的平均值平均值。八、分子平均自由程及平均碰撞频率八、分子平均自由程及平均碰撞频率2.描述分子间碰撞的物理量描述分子间碰撞的物理量（1 1）平均碰撞频率）平均碰撞频率

8、一个分子在单位时间内与其它分子碰撞的一个分子在单位时间内与其它分子碰撞的平均次数平均次数。碰撞截面碰撞截面详见详见热学热学,秦允豪秦允豪,高等教高等教育出版社，育出版社，127128（2 2）平均自由程）平均自由程分子在连续两次碰撞间所经过的自由路程的的分子在连续两次碰撞间所经过的自由路程的的平均值平均值。例例已知空气处于标准状态（已知空气处于标准状态（，），），摩尔质量为摩尔质量为，分子的碰撞截面为，分子的碰撞截面为，求求:1）空气分子的有效直径空气分子的有效直径d;2）平均自由程和）平均自由程和平均碰撞频率。平均碰撞频率。九、热力学第二定律的统计意义九、热力学第二定律的统计意义Statis

9、ticalMeaningoftheSecondLawofThermodynamics1.气体自由膨胀过程不可逆的微观解释气体自由膨胀过程不可逆的微观解释（1）热力学概率）热力学概率W（2）等概率假设）等概率假设:处于处于平衡态平衡态时，时，孤立系统孤立系统中每一中每一微观状态出现的微观状态出现的概率相等概率相等。（3）微观解释：）微观解释：不可逆过程是从不可逆过程是从概率小概率小的宏观状态向的宏观状态向概率大概率大的宏观状态进行的过程。的宏观状态进行的过程。系统在某一系统在某一宏观状态宏观状态所包含的所包含的微观态数微观态数。abcdABP250表表135若某一宏观态的热力学概率大，则其出现的

10、概率大。若某一宏观态的热力学概率大，则其出现的概率大。2.热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义一个孤立系统内部发生的过程，其方向总是从一个孤立系统内部发生的过程，其方向总是从微观态少微观态少的宏观状态向的宏观状态向微观态多微观态多的宏观状态进行。的宏观状态进行。统计意义：统计意义：概率小概率小概率大概率大有序程度高有序程度高无序程度高无序程度高九、热力学第二定律的统计意义九、热力学第二定律的统计意义有序：有序：无序：无序：有组织、有结构有组织、有结构组织的溃散、结构的消解组织的溃散、结构的消解热功转换、热传递的不可逆性均可由统计意义热功转换、热传递的不可逆性均可由统计意义加以解释加

11、以解释3.熵的统计意义熵的统计意义（1）Boltzmann关系式关系式九、热力学第二定律的统计意义九、热力学第二定律的统计意义 玻尔兹曼熵公式玻尔兹曼熵公式19001900年普朗克引进比例系数年普朗克引进比例系数k k18771877年玻尔兹曼提出一个重要年玻尔兹曼提出一个重要关系式关系式（2）熵的统计意义：）熵的统计意义：孤立系统无序（混乱）程度的量度。孤立系统无序（混乱）程度的量度。（3）熵增加原理）熵增加原理4.玻尔兹曼熵的进一步说明：玻尔兹曼熵的进一步说明：（2 2）克劳修斯熵只对平衡态有意义，而玻尔兹曼熵）克劳修斯熵只对平衡态有意义，而玻尔兹曼熵对系统任意宏观态（包括非平衡态）均有意

12、义对系统任意宏观态（包括非平衡态）均有意义，非，非平衡态也有与之相对应的热力学概率，玻尔兹曼熵平衡态也有与之相对应的热力学概率，玻尔兹曼熵意义更普遍意义更普遍。（3 3）熵是系统无序性的量度，玻尔兹曼熵对此的）熵是系统无序性的量度，玻尔兹曼熵对此的描描述更本质述更本质，已超出了分子热运动的领域，已超出了分子热运动的领域，适用于任何适用于任何作无序运动的粒子系统作无序运动的粒子系统，对大量无序出现的事件（如，对大量无序出现的事件（如大量出现的信息）的研究，也应用了熵概念。大量出现的信息）的研究，也应用了熵概念。（4 4）目前，熵已渗透到生物学、化学、经济学、社会）目前，熵已渗透到生物学、化学、经

13、济学、社会学、生命、信息、资源、环境等领域。学、生命、信息、资源、环境等领域。（1 1）粒子系统的平衡态是系统的最概然分布粒子系统的平衡态是系统的最概然分布，它表明，它表明系统即使处于平衡态，也存在系统偏离平衡态的可能性，系统即使处于平衡态，也存在系统偏离平衡态的可能性，所以宏观系统内部存在偏离平衡态的，有时为熵减的所以宏观系统内部存在偏离平衡态的，有时为熵减的“涨落涨落”现象，是系统内部存在的一种内在随机性。现象，是系统内部存在的一种内在随机性。Entropy:anewworldviewSpecialTopic一、熵与生命一、熵与生命 达尔文的（生物）进化论揭示了自然界的复杂性、达尔文的（生

14、物）进化论揭示了自然界的复杂性、生物结构越来越复杂、越来越精致，与热二预告的完全生物结构越来越复杂、越来越精致，与热二预告的完全相反！相反！热力学第二定律的统计意义表明：热力学第二定律的统计意义表明：一个孤立系统将会自动地从有序状态转化为无序状态，一个孤立系统将会自动地从有序状态转化为无序状态，最终达到最无序的平衡态而保持稳定。最终达到最无序的平衡态而保持稳定。1 1、热力学第二定律与进化论的矛盾、热力学第二定律与进化论的矛盾将热二定律应用于整个宇宙：将热二定律应用于整个宇宙：宇宙的发展最终是一个宇宙的发展最终是一个只有分子热运动的单调乏味的可怕的死寂状态（只有分子热运动的单调乏味的可怕的死寂

15、状态（“热热寂说寂说”），但实际的自然过程），但实际的自然过程?Entropy:anewworldviewSpecialTopic2 2、生命过程的自组织现象、生命过程的自组织现象 分子生物学揭示一个细胞至少分子生物学揭示一个细胞至少含有一个含有一个DNADNA或或RNARNA的长链分子。的长链分子。有序结构源于生物的食物中有序结构源于生物的食物中比较无序的原子！这是从无序到比较无序的原子！这是从无序到有序的绝妙事件！从无序到有序有序的绝妙事件！从无序到有序正是从平衡态到非平衡态的过渡。正是从平衡态到非平衡态的过渡。如何解释？如何解释？生物界的有序是很明显的，各种生物有大量细胞构生物界的有序是

16、很明显的，各种生物有大量细胞构成精妙的结构。每个生物细胞也有奇特结构。成精妙的结构。每个生物细胞也有奇特结构。Entropy:anewworldviewSpecialTopic3 3、无生命过程的自组织现象、无生命过程的自组织现象贝纳特贝纳特(Benard)(Benard)对流对流元胞元胞液体自六边形中心自下而上流动再沿六角液体自六边形中心自下而上流动再沿六角形每一边自上而下流动（放大了形每一边自上而下流动（放大了2525倍）倍）自组织现象：自组织现象：在一定外界条件下系统内部自发地由在一定外界条件下系统内部自发地由 无序无序 有序的现象有序的现象Entropy:anewworldviewSp

17、ecialTopic普利高津（普利高津（IlyaPrigogine,比利时比利时,1977 Nobel,1977 Nobel Prize in ChemistryPrize in Chemistry）从热力学出发提出耗散结构）从热力学出发提出耗散结构理论，哈肯（理论，哈肯（Hermann HakenHermann Haken，德国）从统计力学，德国）从统计力学出发提出了协同理论，说明了从无序到有序的过程出发提出了协同理论，说明了从无序到有序的过程并未违背热力学第二定律。并未违背热力学第二定律。Entropy:anewworldviewSpecialTopic4 4、开放系统的熵变、开放系统的熵

18、变自然界的自组织现象：自然界的自组织现象：非孤立系统非孤立系统 对于开放系统，系统与环境有能量及物质交换，对于开放系统，系统与环境有能量及物质交换，有可能流进负熵，从而可能导致系统的熵减少。有可能流进负熵，从而可能导致系统的熵减少。熵产生熵产生熵流熵流薛定谔说：薛定谔说：生命是什么生命是什么?生命赖负熵以存在生命赖负熵以存在玻耳兹曼说玻耳兹曼说：生物为了生存而作的一般斗争：生物为了生存而作的一般斗争,既不是既不是为了物质也不是为了能量而是为了熵而斗争。为了物质也不是为了能量而是为了熵而斗争。(碳水化合物碳水化合物净水净水)物质物质(化学能化学能)能量能量负熵负熵(CO2污水污水排泄物等排泄物等

19、)物质物质能量能量(功功热热)正熵正熵有有机机体体开放系统开放系统Entropy:anewworldviewSpecialTopic5.耗散结构理论耗散结构理论X远离平衡的非线性区远离平衡的非线性区(b)(C)稳定的稳定的耗散结构耗散结构分支分支(C )偏偏 离离 平平 衡衡的线性区的线性区CC(a)平平衡衡态态0X0 l远离平衡态，外界的影响强烈，引起系统状态的变化已不是远离平衡态，外界的影响强烈，引起系统状态的变化已不是简单的线性关系简单的线性关系;l非平衡的不稳定态在一个细小的扰动下就可以引起系统状态非平衡的不稳定态在一个细小的扰动下就可以引起系统状态的突变，状态离开（的突变，状态离开（

20、b）线沿着另外两个稳定的分叉（）线沿着另外两个稳定的分叉（c）或）或（c）发展）发展这称为这称为分叉现象分叉现象;实验与理论表明：处于平衡态及稍微偏离平衡态的系统不会实验与理论表明：处于平衡态及稍微偏离平衡态的系统不会出现从无序到有序的变化，只有远离平衡的非平衡态才可能演出现从无序到有序的变化，只有远离平衡的非平衡态才可能演化为有序态。化为有序态。l（c）或（或（c）段上的点）段上的点可能对应与系统的某种有可能对应与系统的某种有序结构，称为耗散结构。序结构，称为耗散结构。Entropy:anewworldviewSpecialTopic5.耗散结构理论耗散结构理论混混沌沌状状态态Xa1b1b2

21、c1c2d1d2l随着控制参数继续增大，涨随着控制参数继续增大，涨落无法控制和具有偶然性，系落无法控制和具有偶然性，系统瞬时状态的不确定性很大，统瞬时状态的不确定性很大，进入了一种无序态进入了一种无序态混沌。混沌。l但这种混沌无序态与平衡态但这种混沌无序态与平衡态的无序态不同，的无序态不同，混沌无序态是混沌无序态是宏观的无序态宏观的无序态，在，在微观上是高微观上是高度复杂有序度复杂有序的，而平衡无序态的，而平衡无序态则是微观上的无序（当然宏观则是微观上的无序（当然宏观上也是无序的）。上也是无序的）。Entropy:anewworldviewSpecialTopic二、熵与能源二、熵与能源 en

22、tropy,entropy,“tropytropy”加一个前缀加一个前缀en,en,和和“energyenergy”相对应；熵与能量由某种相似性；相对应；熵与能量由某种相似性；1.熵增对应能量的退化熵增对应能量的退化 不可逆过程在能量利用上的后果总是使不可逆过程在能量利用上的后果总是使一定的能量一定的能量E Ed d从能做功的形式变为不能做功从能做功的形式变为不能做功的形式，称为的形式，称为“退降退降”的能量。而且的能量。而且E Ed d的大的大小和不可逆过程引起的熵的增加成正比，从小和不可逆过程引起的熵的增加成正比，从这个意义上讲，熵的增加是能量退降的量度。这个意义上讲，熵的增加是能量退降的

23、量度。Entropy:anewworldviewSpecialTopic1.熵增对应能量的退化熵增对应能量的退化借助一低温热源借助一低温热源借助一低温热源借助一低温热源T T T T0 0 0 0,构造两台热机构造两台热机构造两台热机构造两台热机相同热量在高温热源做功比在低温热源大相同热量在高温热源做功比在低温热源大相同热量在高温热源做功比在低温热源大相同热量在高温热源做功比在低温热源大能量退化能量退化能量退化能量退化:AB热传导热传导废能废能熵增熵增熵增熵增Entropy:anewworldviewSpecialTopic能能:从正面量度运动转化的能力，能越大运动转化的从正面量度运动转化的能

24、力，能越大运动转化的能力越大；能力越大；熵熵:从反面即运动不转化的一面量度运动的转化能力，从反面即运动不转化的一面量度运动的转化能力，表示转化已完成的程度，即能量退降的程度。表示转化已完成的程度，即能量退降的程度。1.熵增对应能量的退化熵增对应能量的退化热力学第二定律热力学第二定律熵定律熵定律热力学第一定律热力学第一定律能定律能定律能量总量保持不变能量总量保持不变能量在转化中退化能量在转化中退化2.能量有品质高低，如何应对能源危机能量有品质高低，如何应对能源危机燃料原储量/J剩余储量/J可供持续开采时间/y石油1210219.4102180天然气1110219.8102180煤18810211

25、841021300400油页岩901021901021能量虽能量虽没消失没消失但煤没但煤没唯有渣唯有渣熵熵Entropy:anewworldviewSpecialTopic三、熵与信息三、熵与信息熵熵无序度、无组织、缺少信息无序度、无组织、缺少信息信息信息有序、有组织、负熵有序、有组织、负熵有序无序问题是当代物理学中一个崭新而深刻的主题有序无序问题是当代物理学中一个崭新而深刻的主题有序无序问题是当代物理学中一个崭新而深刻的主题有序无序问题是当代物理学中一个崭新而深刻的主题熵与信息的联系是对熵概念认识的延拓与深化熵与信息的联系是对熵概念认识的延拓与深化有序无序问题引出一个崭新的概念有序无序问题引

26、出一个崭新的概念信息信息信息信息什么是信息什么是信息什么是信息什么是信息?信息能够消除人们认识上的不确定性信息能够消除人们认识上的不确定性信息能够消除人们认识上的不确定性信息能够消除人们认识上的不确定性Entropy:anewworldviewSpecialTopic1.麦克斯韦妖（麦克斯韦妖（MaxwellsDemon）假想有一个小精灵假想有一个小精灵:能观察所有分子轨迹和速度能观察所有分子轨迹和速度能观察所有分子轨迹和速度能观察所有分子轨迹和速度把守气体容器隔板上的小孔闸把守气体容器隔板上的小孔闸把守气体容器隔板上的小孔闸把守气体容器隔板上的小孔闸高速分子高速分子右室右室低速分子低速分子左

27、室左室孔闸启闭无摩擦孔闸启闭无摩擦整个气体容器内整个气体容器内分子系统熵减少分子系统熵减少这是否违反热力学第二定律？这是否违反热力学第二定律？1929 L.Szilard 1929 L.Szilard 论由智能生灵导致一个热力学论由智能生灵导致一个热力学系统中熵的减少系统中熵的减少Entropy:anewworldviewSpecialTopic1.麦克斯韦妖（麦克斯韦妖（MaxwellsDemon）1929年，年，Szilard认为认为麦克斯韦妖麦克斯韦妖具有获取信息能力具有获取信息能力信息信息负熵负熵获此信息必须付出代价获此信息必须付出代价用微型光源照亮分子用微型光源照亮分子获取信息获取信

28、息环境熵增环境熵增耗能耗能额外的熵产生抵消了容器内熵减少，总熵还是增加。额外的熵产生抵消了容器内熵减少，总熵还是增加。小精灵的存在不违背热力学第二定律小精灵的存在不违背热力学第二定律小精灵的存在不违背热力学第二定律小精灵的存在不违背热力学第二定律获取信息才赢得负熵获取信息才赢得负熵获取信息才赢得负熵获取信息才赢得负熵这就是熵和信息的关系这就是熵和信息的关系这就是熵和信息的关系这就是熵和信息的关系Entropy:anewworldviewSpecialTopic2.信息熵信息熵I I 的定义式：的定义式：的定义式：的定义式：从两种等概率可能性中作出判断所需的信息量为：从两种等概率可能性中作出判断

29、所需的信息量为：1 1比特比特（bit）信息量的单位信息量的单位 从从N N种等概率可能性中作出判断所需要的信息量为种等概率可能性中作出判断所需要的信息量为I信息量单位：信息量单位：信息量单位：信息量单位：例如计算机中汉字例如计算机中汉字：最少为最少为1616点阵点阵点阵中每一点点阵中每一点用用二进制数码二进制数码：有有笔划笔划取取1，无，无笔划笔划取取0。需要的信息量为需要的信息量为：1616=256bitEntropy:anewworldviewSpecialTopic2.信息熵信息熵Shannon称其称其为信息为信息熵：熵：则信息量可表示为则信息量可表示为：概率表达信息量概率表达信息量：

30、设设N 种可种可能性每种出现的概率能性每种出现的概率相等相等：信息量信息量信息量信息量I I：若若N种可能性的概率不一样，第种可能性的概率不一样，第 i 种可能性出现的概率为种可能性出现的概率为Pi，定义信息熵定义信息熵定义信息熵定义信息熵为为为为：Entropy:anewworldviewSpecialTopic信息信息信息信息熵熵为：为：为：为：明天下雨概率为明天下雨概率为P1=0.80,不不下雨概率为下雨概率为P2=0.20实例实例实例实例：天气预报：天气预报：天气预报：天气预报若若下雨概率下雨概率：P1=0.90,不不下雨概率下雨概率：P2=0.10确定下雨或不下雨需要的信息量为确定下

31、雨或不下雨需要的信息量为1bit天气预报所含的天气预报所含的天气预报所含的天气预报所含的信息信息信息信息量量量量：信息量的增加意味着信息熵的减少信息量的增加意味着信息熵的减少信息量的增加意味着信息熵的减少信息量的增加意味着信息熵的减少 取得信息则赢得负取得信息则赢得负取得信息则赢得负取得信息则赢得负熵熵熵熵Entropy:anewworldviewSpecialTopic信息是负熵信息是负熵 第一次工业革命第一次工业革命 核心内容：开发能量核心内容：开发能量 能量能量目标：目标：功功 减轻人的减轻人的体力体力劳动劳动 第二次工业革命第二次工业革命核心内容：控制信息或核心内容：控制信息或负熵负熵

32、 信息信息目标：目标：控制控制 减轻人的减轻人的脑力脑力劳动劳动 “能能”的革命的革命“熵熵”的革命的革命三、熵与信息三、熵与信息Entropy:anewworldviewSpecialTopic四、熵与经济、社会四、熵与经济、社会生产系统生产系统高熵高熵原料原料高熵高熵废物废物低熵能源低熵能源知识、技术知识、技术低熵产品低熵产品 1971Roegen熵定律与经济过程熵定律与经济过程“市场决定企业的生产市场决定企业的生产”“科学技术是第一生产力科学技术是第一生产力”“自然界不能为经济增长提供无限的资源，也自然界不能为经济增长提供无限的资源，也不能为人类提供无限大的废料桶不能为人类提供无限大的废

33、料桶”里夫金和霍华德：里夫金和霍华德：同为美国当代著名社会学家，同为美国当代著名社会学家，19811981年出版了年出版了熵：一种新的世界观熵：一种新的世界观，从热力学第二，从热力学第二定律出发，对熵这一物理概念做了哲学阐释，论述了政定律出发，对熵这一物理概念做了哲学阐释，论述了政治、经济、教育、宗教等诸多领域的许多重大问题，在治、经济、教育、宗教等诸多领域的许多重大问题，在西方学术界引起震动。西方学术界引起震动。里夫金里夫金霍华德霍华德Entropy:anewworldviewSpecialTopic四、熵与经济、社会四、熵与经济、社会 1981里夫金和霍华德里夫金和霍华德熵：一种新的世界观

34、熵：一种新的世界观“征服自然征服自然”“人与自然和谐共处人与自然和谐共处”在人类居住的地表环境中，熵值的逐渐增长是一个在人类居住的地表环境中，熵值的逐渐增长是一个不可逆转的自然内在现象，特别是随着人类生产、不可逆转的自然内在现象，特别是随着人类生产、生活方式的无节制发展，熵值的增长还可能加快，生活方式的无节制发展，熵值的增长还可能加快，最终将引起地表环境的全面崩溃；尽管这个结局是最终将引起地表环境的全面崩溃；尽管这个结局是不以人的意志为转移的，但人类可以通过自身努力不以人的意志为转移的，但人类可以通过自身努力尽量使这种结局向后推迟。尽量使这种结局向后推迟。”从格调悲观的熵定律出发，可以对人类目

35、从格调悲观的熵定律出发，可以对人类目前主流的生产、生活方式提出警告。前主流的生产、生活方式提出警告。【宁夏宁夏】石嘴山平罗县，太沙工业园区，石嘴山平罗县，太沙工业园区，高空遥测图片浊雾蒙蒙，遮天蔽日！高空遥测图片浊雾蒙蒙，遮天蔽日！【宁夏宁夏】石嘴山河滨区石嘴山河滨区2004年的高空年的高空遥测图片，真是乌烟瘴气、污浊不堪！遥测图片，真是乌烟瘴气、污浊不堪！无锡古运河跟新运河交汇处：左上方无锡古运河跟新运河交汇处：左上方为穿过无锡市中心区的古运河河道。为穿过无锡市中心区的古运河河道。【江苏】大运河苏州南段【江苏】大运河苏州南段:注意污水排放的颜色可怕注意污水排放的颜色可怕【江苏无锡江苏无锡】太

36、湖蓝藻污染爆发时的可怕情景。污染的恶果：太湖蓝藻污染爆发时的可怕情景。污染的恶果：高空照片的上部为著名的鼋头渚风景区，右下角为梅梁湾取水口。高空照片的上部为著名的鼋头渚风景区，右下角为梅梁湾取水口。地球意识：对于地球命运觉醒的声音地球意识：对于地球命运觉醒的声音1992年世界各地年世界各地3500位科学家签署了位科学家签署了全球科学家对人全球科学家对人类的警告类的警告：世界上大部分重要的生态系统已处于崩溃。世界上大部分重要的生态系统已处于崩溃。现有人口已现有人口已3倍于地球长期承受能力，臭氧层已形成两个倍于地球长期承受能力，臭氧层已形成两个巨大空洞，地球温度上升，导致严重自然灾害，世界已进巨大

37、空洞，地球温度上升，导致严重自然灾害，世界已进入危机四起的新时期。入危机四起的新时期。生产方式需要改变生产方式需要改变蜘蛛不需要沸腾的硫酸和高温挤压机，消化蟋蟀和苍蝇就蜘蛛不需要沸腾的硫酸和高温挤压机，消化蟋蟀和苍蝇就能制丝，强度和韧性都好。能制丝，强度和韧性都好。鲍鱼内壳的韧性比最好的陶瓷强两倍，生成不需要熔炉。鲍鱼内壳的韧性比最好的陶瓷强两倍，生成不需要熔炉。地球意识：对于地球命运觉醒的声音地球意识：对于地球命运觉醒的声音 聪明的设计师正在将自己变成大自然的学徒，聪明的设计师正在将自己变成大自然的学徒，聪明的设计师正在将自己变成大自然的学徒，聪明的设计师正在将自己变成大自然的学徒，学习自然

38、有益于健康的化学。学习自然有益于健康的化学。学习自然有益于健康的化学。学习自然有益于健康的化学。是促进人与自然和谐共存的力量是促进人与自然和谐共存的力量科学技术科学技术不是不是人类人类“征服自然征服自然”的力量的力量在狭隘观点指导下在狭隘观点指导下关于自然观关于自然观学生走向工作岗位学生走向工作岗位决不能以企业利益为中心决不能以企业利益为中心理工科学生必须具有地球意识！理工科学生必须具有地球意识！理工科学生必须具有地球意识！理工科学生必须具有地球意识！不能只见不能只见树木树木不见不见森林森林企业企业地球地球地球意识与物理学的自然观地球意识与物理学的自然观20202020世纪后期，人类世纪后期，

39、人类世纪后期，人类世纪后期，人类重新重新重新重新“发现发现发现发现”地球！地球！地球！地球！树立以熵定律为基础，以地球为中心的物理学自然观树立以熵定律为基础，以地球为中心的物理学自然观树立以熵定律为基础，以地球为中心的物理学自然观树立以熵定律为基础，以地球为中心的物理学自然观迷途知返！迷途知返！问答题问答题1.1.在一绝热容器中，物体在一绝热容器中，物体A A，B B接触前的温度分别接触前的温度分别为为T TA A和和T TB B,且且T TA A TTB B。当它们接触后发生一不可逆传。当它们接触后发生一不可逆传热过程，使热过程，使dQdQ热量由热量热量由热量A A传向传向B B，求在此过程

40、，求在此过程中系统中系统ABAB的熵变和系统退降的能量。的熵变和系统退降的能量。2.2.什么是熵流和熵产生？为什么只有在开放系统什么是熵流和熵产生？为什么只有在开放系统中才存在从无序到有序转化的可能性？中才存在从无序到有序转化的可能性？3.3.平衡态的无序态和混沌态的无序态有何区别？平衡态的无序态和混沌态的无序态有何区别？4.4.什么是信息？信息与熵有何关系？什么是信息？信息与熵有何关系？5.5.从熵的角度来说，人与自然应该如何和睦相处从熵的角度来说，人与自然应该如何和睦相处？什么是熵？没有什么问题在科学史的进程中什么是熵？没有什么问题在科学史的进程中曾被更为频繁地讨论过。曾被更为频繁地讨论过。自然规律不可违，熵的增大怎么也小不了了，自然规律不可违，熵的增大怎么也小不了了，但是，人类也是有所作为的，就是减少能量消但是，人类也是有所作为的，就是减少能量消耗，减缓熵的增加速度，延长地球生物生存的耗，减缓熵的增加速度，延长地球生物生存的时间。时间。普利高津普利高津爱因斯坦爱因斯坦熵理论对于整个科学来说是第一法则。熵理论对于整个科学来说是第一法则。今日作业今日作业1213，17，21，24，26，27，28