浙江物理化学甲第三章3.ppt

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1、1.经典热力学的困惑如果宇宙是一个孤立系统,根据热力学会得出什么样的结论?19世纪的物理学家在思考这样一个问题:热力学第二定律指出,如果宇宙是一个孤立系统,则宇宙的熵将不断自动增加。热力学第一定律指出,如果宇宙是一个孤立系统,则宇宙的总能量是一个常数。熵是什么?熵是无序之源熵是能量之殇机械能热能转化,熵增加转化,熵减少 大分子小分子分解,熵增加合成,熵减少时间是什么?在经典力学中,时间只是一个与运动有关的参数,时间的反演是对称的，过程是可逆的。熵是时间之矢从热力学看人生就是一个不可逆过程孤立系统达到熵极大的平衡态后,系统内部的温度和压力处处相同,能量和物质处处均匀分布。2.热寂论的产生 宇宙的

2、熵趋向于极大。宇宙越是接近这个熵是极大的极限状态,变化的能力就越小;最后完全达到了这个状态,那就任何变化都不会发生了,这时宇宙就会进入一个永恒的死寂状态。-Clausius-第二定律意味着整个宇宙最终将处于温度均匀的状态，自此以后，宇宙将陷入永恒的静止状态。-Helmholtz-放射到太空中去的热一定有可能通过某种途径转变为另一种运动形式，它能够重新集结和活动起来。-Engels-热平衡伴随着涨落现象，而后者是不遵守热力学第二定律的。-Boltzmann-3.热寂论的批判宇宙是一个孤立系统吗宇宙是一个孤立系统吗?宇宙有边界吗宇宙有边界吗?4.Clausius与Darwin的悖论19世纪的生物学

3、家Darwin提出了著名的生物进化论。按照Darwin进化论的观点:生命的发生和物种的进化，都是从低级到高级、从无序到有序、从简单到复杂的变化。Clausius的热寂论与Darwin的进化论描述了自然界两幅截然不同演化图象,被称为Clausius与Darwin的悖论。因此19世纪有人认为物理世界和生物世界服从于不同的科学规律,物理学和生物学之间存在不可逾越的鸿沟。deS:称为熵流。diS:称为熵产生。体系diSdeS5.Schrdinger与生命热力学一个与环境存在物质和能量交换的开放体系的熵变可以表示为:体系diS在不可逆过程中，系统熵产生永远不会减少输入低熵的物质和能量输出高熵的物质和能量

4、然而存在这种可能:根据热力学理论，若即在非孤立系统，只要有足够大的负熵流存在，系统就可以维持一个熵不变的非平衡定态。则低熵物质和能量(C6H12O6,净水,O2)低熵能量(太阳光能）高熵能量(体表散热)高熵物质(CO2,其它排泄物)生物的进化就是不断增进其复杂性和组织化,复杂性与熵有关,而组织化与信息有关。-Shannon-生命之所以能够存在，就在于从环境中不断得到负熵。-Schrdinger-根据Schrdinger理论，在非孤立系统，只要有足够大的负熵流存在，系统就可以维持在熵不变的非平衡定态。定态的稳定性6.Prigogine与耗散结构理论失稳失稳突变突变在一定条件下,非平衡定态有可能失

5、稳发生突变,并产生某种新的结构。Prigogine把化学钟和化学波这类新的时空有序的结构称为耗散结构。离离原上草，一岁一枯荣。野火烧不尽，春风吹又生。春桃夏荷冬梅冬梅秋菊化学钟控制的生命韵律在一定条件下,非平衡定态有可能失稳发生突变,产生耗散结构这类新的时空有序结构。也可能失稳发生突变,产生混沌结构这类新的时空无序结构。输入低熵输出高熵突变突变无序体系无序体系有序体系有序体系生命之起源体系的参量耗散结构的分叉图进化的物理学进化的物理学稳定稳定不稳定不稳定Prigogine的耗散结构理论沟通了Clausius的热寂论与Darwin的进化论描述的自然界两幅截然不同演化图象。Prigogine的耗散结构理论证明了物理学和生物学之间不存在不可逾越的鸿沟,物理世界和生物世界服从于相同的科学规律。Prigogine的耗散结构理论给予我们的最为重要的启示是-对外开放和远离平衡是一切系统存在和发展对外开放和远离平衡是一切系统存在和发展的必要条件。的必要条件。