热力学第二定律四种现象,热力学第二定律告诉我们什么

首页 > 经验 > 作者:YD1662023-11-14 11:00:21

近日,一篇在《自然·通讯》杂志上发表的论文引发了科学界和媒体的广泛关注。来自巴西的科学家们首次通过实验发现,在有量子关联(quantum-correlation)的前提下,热量也可以自发地从低温的粒子流向高温的粒子,而无需借助外界的能量输入

这种看上去“明显违反”了(其实并没有)热力学第二定律的现象,之前只存在于理论中,而这回,首次在现实世界里得以实现。量子力学再一次带给了我们巨大的惊喜:熵增这一“时间之矢”的方向,原来在微观的层面上真的可以被逆转!

热力学第二定律四种现象,热力学第二定律告诉我们什么(1)

(来源:Nature

牢不可破的定律

这个世界上总有一些你永远没法打破的定律,热力学第二定律便是其中之一。

煮好的饭菜不及时吃掉会变凉。

从冰箱里拿出来的雪糕过一会也可能化成糖水。

滚烫的岩浆掉入海中,瞬间就会冷却。

我们的世界里,在没有外部能量输入的情况下,热量总会自发地从温度更高的物体流向低温的物体,直到先前冷热有别的物体最后都达到同样的温度为止。这便是热量传递的不可逆性,也就是大名鼎鼎的热力学第二定律的核心含义。

热力学第二定律四种现象,热力学第二定律告诉我们什么(2)

图丨热量总是自发地从高温热源流向低温热源

热力学第二定律四种现象,热力学第二定律告诉我们什么(3)

图丨克劳修斯:这话我说过(来源:Wikimedia Commons)

不只是热量的流动方向如此,世间万事万物都遵循着热力学第二定律。热力学第二定律有一个核心的概念,用来表征孤立系统里混乱和无序的程度——。而孤立系统里的熵,要么不变,要么只有一个变化方向:就是变多,永远也不会减少。如果没有外界的干预,那么打碎的镜子永远无法自行*,混合在一起的两种液体无法再自行分开,只能朝着混乱程度更高的方向发展,而绝不会走回头路。

1927 年,英国天体物理学家爱丁顿( Arthur Eddington)首先把这种“孤立系统只会往熵增加的方向变化”的规律,叫做热力学的“时间之矢”,说它好比时间一样,开弓没有回头箭。

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