物理学中的“熵”,如何通俗地解释?

艾伯史密斯

发布时间:18-10-2800:11

“熵”,可以理解为一个系统的混乱程度。

简单地举个例子,一幼儿园中班,有30人和40把凳子:

(1)开学第一天,老师说“大家可以任意选择凳子坐”,那么对于这个班级的学生排座来说,老师完全无法预测谁坐哪,也不知道哪把凳子会空着或者被人坐了,于是此时“排座”这个系统最为混乱,即“熵”达到最大值;

(2)开学第二天,老师加了一个条件“第一排必须坐满人”,于是对于这个系统来说,相比前一天混乱程度降低了,因为老师可以预测第一排都是满的;

(3)开学第三天,老师给每个学生进行了排序,每个学生对应唯一的座位,那么对于这个系统来说,混乱程度是最低的,即“熵”达到了最低值;

同样,在物理学中,宏观物质都由微观粒子组成,把上面的学生换成微观粒子,把排座位换成微观粒子的物理特征(比如运动速度、能量、位置、偏振方向等等),那么熵就代表这些物理量的有序度。

“热力学熵”的概念,最早由物理学家玻尔兹曼提出,并建立了“熵”和“热力学温度”之间的关系,描述了系统做功和熵变之间的联系。

"熵“的概念,还在计算机领域、信息技术领域、生物学领域等等,几乎每个科学学科都有应用,已是现代科学中运用广泛的基本概念。

关于熵的概念,有一条原理——熵增原理:指孤立热力学系统的熵,不会自发减少,总是增大或者保持不变,公式ΔS≥0。

这是一条极其重要的物理定律,利用它可以推导出热力学第二定律,但熵增原理的适用范围,远比热力学第二定律广得多,而且还对哲学的影响意义重大。

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