作业帮热力学三定律的发现具有的思想史意义
来源：学生作业帮 编辑：作业帮 分类：历史作业 时间：2024/05/18 07:51:32
热力学三定律的发现具有的思想史意义
1、热力学第三定律的思想史意义
热力学三定律的发现具有重要的思想史意义.
我们知道,在热力学第二定律的各种表述中,克劳修斯突出了热机作功中热传导的不可逆性,而开尔文则强调了功和热的转化的不可逆性.但从本质上看,他们两人的表述都反映了一切自发过程中有用能量的耗散特性,即物质运动能量的变化总是朝着从利用效率较高的能量向利用效率较低的能量的方向进行；而在这种单方向的不可逆过程中熵总是增加的.根据玻尔兹曼（L.Boltzmann,1844～1906）对熵和热力学第二定律的几率解释,熵越大表示系统宏观的无序程度也越高.克劳西斯错误地把宇宙看作一个自给系统,认为宇宙的熵将趋向极大值从而最终达到热寂状态.这就是后来人们所批判的所谓“宇宙热寂说”.但是,无论如何不能否认,正是熵的概念和热力学第二定律最先把时间箭头带进了物理学,物理世界不再只是一个如牛顿力学所描绘的存在着的世界,而且是一个演化着的世界.这是对经典物理学及其机械自然观的叛逆.
热力学对近代科学传统的叛逆,还表现于它反对在经典物理学中占统治地位的“自然过程的可逆性”概念.克劳修斯指出,能量守恒原理的正确性无可怀疑,但如果以为它证实了宇宙是永恒的循环,那就走得太远了.热力学第二定律揭示了,方向相反的变化并不总是以等量出现,宇宙在一去不复返地总朝着一个方向发展.这是对康德宇宙循环论和拉普拉斯决定论的挑战.
应当指出,热力学第二定律仅仅从一个角度开始、而没有穷尽对自然界演化机制的探讨.当时和后世的学者们则从其他角度力图寻找不遵守热力学第二定律的自然过程及其演化机制.在物理学领域里,麦克斯韦（J.C.Maxwell,1831～1879）精心设计的“麦克斯韦妖”的理想实验是第一个违背热力学第二定律的过程,它告诉我们：与自发的随机过程不同,信息和选择行为会导致有序和组织化.在物理学领域之外,生物进化论则描绘了生物界日渐多样化、复杂化的演化史,在今天看来实际是表明有机界的时间箭头是指向有序的.20世纪生命热力学揭示出,生命有机体的熵也在不断增加,而克服熵增、摆脱无序、避免死亡的“惟一办法是从环境中不断地吸取负熵”.[1]
总之,不论对于个别天体还是对生命个体而言,归根结底熵增规律都是不可违抗的,除非它们尚属于远离平衡态的开放系统.20世纪以来,对有机界和无机界演化的共同物理机制的探讨,引发了耗散结构理论、协同论和超循环论的诞生,它们为演化物理学的建立奠定了重要基础.如今,人们不仅在自然科学领域,而且在社会科学领域也开始引进“熵”的概念,用以说明各种社会建制的紊乱程度及其克服方法.美国社会学家里夫金和霍华德题为《熵——一种新的世界观》的专著就建议用“熵”的观点来分析社会现象和处理社会问题.
热力学三定律的发现具有重要的思想史意义.
我们知道,在热力学第二定律的各种表述中,克劳修斯突出了热机作功中热传导的不可逆性,而开尔文则强调了功和热的转化的不可逆性.但从本质上看,他们两人的表述都反映了一切自发过程中有用能量的耗散特性,即物质运动能量的变化总是朝着从利用效率较高的能量向利用效率较低的能量的方向进行；而在这种单方向的不可逆过程中熵总是增加的.根据玻尔兹曼（L.Boltzmann,1844～1906）对熵和热力学第二定律的几率解释,熵越大表示系统宏观的无序程度也越高.克劳西斯错误地把宇宙看作一个自给系统,认为宇宙的熵将趋向极大值从而最终达到热寂状态.这就是后来人们所批判的所谓“宇宙热寂说”.但是,无论如何不能否认,正是熵的概念和热力学第二定律最先把时间箭头带进了物理学,物理世界不再只是一个如牛顿力学所描绘的存在着的世界,而且是一个演化着的世界.这是对经典物理学及其机械自然观的叛逆.
热力学对近代科学传统的叛逆,还表现于它反对在经典物理学中占统治地位的“自然过程的可逆性”概念.克劳修斯指出,能量守恒原理的正确性无可怀疑,但如果以为它证实了宇宙是永恒的循环,那就走得太远了.热力学第二定律揭示了,方向相反的变化并不总是以等量出现,宇宙在一去不复返地总朝着一个方向发展.这是对康德宇宙循环论和拉普拉斯决定论的挑战.
应当指出,热力学第二定律仅仅从一个角度开始、而没有穷尽对自然界演化机制的探讨.当时和后世的学者们则从其他角度力图寻找不遵守热力学第二定律的自然过程及其演化机制.在物理学领域里,麦克斯韦（J.C.Maxwell,1831～1879）精心设计的“麦克斯韦妖”的理想实验是第一个违背热力学第二定律的过程,它告诉我们：与自发的随机过程不同,信息和选择行为会导致有序和组织化.在物理学领域之外,生物进化论则描绘了生物界日渐多样化、复杂化的演化史,在今天看来实际是表明有机界的时间箭头是指向有序的.20世纪生命热力学揭示出,生命有机体的熵也在不断增加,而克服熵增、摆脱无序、避免死亡的“惟一办法是从环境中不断地吸取负熵”.[1]
总之,不论对于个别天体还是对生命个体而言,归根结底熵增规律都是不可违抗的,除非它们尚属于远离平衡态的开放系统.20世纪以来,对有机界和无机界演化的共同物理机制的探讨,引发了耗散结构理论、协同论和超循环论的诞生,它们为演化物理学的建立奠定了重要基础.如今,人们不仅在自然科学领域,而且在社会科学领域也开始引进“熵”的概念,用以说明各种社会建制的紊乱程度及其克服方法.美国社会学家里夫金和霍华德题为《熵——一种新的世界观》的专著就建议用“熵”的观点来分析社会现象和处理社会问题.