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熵的歷史
19世紀(jì)50年代之后,人們認(rèn)為準(zhǔn)靜態(tài)過程中(
Q
是熱量,
T
是溫度)的積分結(jié)果與過程無關(guān),因此存在一個與勢能類似的態(tài)函數(shù)。克勞修斯在分析和重新解讀卡諾的工作時,注意到熱機(jī)的能量分為機(jī)械能和“無用”的能量,他將前者稱為自由的能量,給后者起了個名字——熵(entropy)。這個詞的詞源是兩個希臘語的組合,意思是“改變?yōu)椤?,可能他是為了描述熱能改變?yōu)槠渌问侥芰康哪芰?。胡剛?fù)先生于1923年將之翻譯為熵,這個漢字之前沒有在中文中出現(xiàn)過,可能他是為了體現(xiàn)其物理意義,取“熱溫之比”的意思。兩個狀態(tài)之間的熵的改變量就是兩個狀態(tài)之間的積分。
1865年前后,克勞修斯從熵的角度提出熱力學(xué)第二定律的新描述方式,這也被認(rèn)為是熵的概念被正式提出的時間。用熵描述的熱力學(xué)第二定律為時間加上了箭頭,將引起熱學(xué)之外(例如,宇宙學(xué)、信息學(xué)、生物學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和社會學(xué)等)的廣泛討論。在熱力學(xué)的范圍內(nèi),熵的概念有用但是不清晰。作為熱運(yùn)動宏觀理論的熱力學(xué)極為成功,它不涉及具體的微觀特性,因而具有高度的可靠性和廣泛性。但是,正是因為它不涉及物質(zhì)的具體結(jié)構(gòu),所以無法解釋不同物體之間的區(qū)別。也就是說,熱力學(xué)從宏觀概念出發(fā),無需系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)知識,這既是一個優(yōu)點,也是一個缺點。熱力學(xué)的不足之處需要由微觀理論進(jìn)行完善。熱力學(xué)的微觀理論源于分子運(yùn)動論,其早期工作可以追溯到玻意耳時代,胡克曾把氣體壓強(qiáng)歸結(jié)于分子與器壁的碰撞,克勞修斯提出過平均自由程的概念。但在熱質(zhì)說的年代,分子運(yùn)動論不受歡迎,因此發(fā)展緩慢。此外,受經(jīng)典力學(xué)的影響,當(dāng)時的人們更喜歡對系統(tǒng)中所有分子的狀態(tài)做出完備的描述。
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