為什么我們想要逼近絕對零度？熱力學(xué)極限與低溫終點(2)

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2025-08-08 18:08:07 中國物理學(xué)會期刊網(wǎng)

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(

是熱量，

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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