第570章 热力学四大定律！永动机真的存在吗？熵增定律！热寂宇宙！（2/2）
“他应该是想借此提出麦克斯韦妖这个第三神兽吧。”
“它到现在都还没被解决呢。”
大佬们果然没有猜错。
在众人的期待下，李奇维笑着说道：
“我并不是第一个发出疑问的人。”
“在我之前，已经有很多物理大佬都产生过这样的质疑。”
“因为热力学第二定律太重要了。”
“它的内涵也太丰富了。”
“况且，它还和很多人心心念念的永动机相关。”
“在座的你们，估计大部分人并没有真正理解热力学第二定律。”
“今天借这个机会，我正好给你们讲一讲。”
“第二定理是参与物理学家人数最多，表述也最为复杂的热力学定律。”
“第一种表述，也叫克劳修斯表述。”
“即：热量不可能自发地、不付出代价地从低温物体转移至高温物体。”
“这是从热的传导方向来表述的。”
“比如，大家都喜欢的冰箱就是这个原理。”
“你想制冷，那么就必须使用额外的电能，把热量从低温的冰箱内部转移到高温的冰箱外部。”
“克劳修斯表述和我们的日常经验很符合。”
“比如一杯凉开水放在那里，它不可能越变越热，只会越变越凉，最终和环境温度一样。”
“第二种表述，叫开尔文表述。”
“即：不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其它影响。”
“这是从能量消耗的角度表述的。”
“开尔文表述也说明了第二类永动机是永远不可能实现的。”
“因为吸收的热量不可能全部变为功。”
“注意，这个表述并非是严格的理论推导，而是在大量实验基础上得到的经验性公理。”
“卡诺发明提出的热机效率理论，是其坚实的基础。”
“但正因为开尔文表述是在实验基础上发展而来的公理，所以很多人就认为它不一定完全正确。”
“这就是第二类永动机目前盛行的原因。”
“谁能发明第二类永动机，谁就推翻了热力学第二定律。”
哗！
台下众人眼神火热。
这个时代，热力学第二定律的正确性并不像后世那么根深蒂固，无人质疑。
哪怕在学术领域，也存在不少质疑。
“克劳修斯表述和开尔文表述是等价的，都代表了热力学第二定律的内涵。”
“这时，估计有人好奇。”
“咦，不是说麦克斯韦妖是和热力学第二定律有关吗？”
“怎么两大表述中没有出现麦克斯韦的身影呢？”
“别急。”
“这里，就要提到热力学领域另一个至关重要的概念：熵。”
“在我看来，一位对熵一无所知的人文学者，和一位对莎士比亚一无所知的科学家同样糟糕。”
“熵理论对于整个科学来说，或许都是第一法则！”
哗！
众人震撼！
他们想不明白，布鲁斯教授为何对熵有如此之高的评价。
“1865年，克劳修斯在研究热力学的时候，发现了一个新的宏观状态函数。”
“他用公式表示为dS=dQ/T。”
“其中，T表示系统的温度，dS表示系统的熵变化，dQ表示系统熵变过程中的热量变化。”
“这个公式表示，如果系统的温度不变，那么加入系统的热量会导致系统的熵发生改变。”
“接着，克劳修斯突发奇想，他把熵的概念和热力学第二定律联系起来。”
“通过严密的数学推导，他得出第二定律的另一种表述形式：dS≥dQ/T。”
“即，从熵的角度看，所有自发的热力学过程，都是不可逆的。”
“什么是可逆和不可逆呢？”
“如果一个系统从状态A出发，经过一个过程B，最后变成状态C。”
“这时，如果存在另一个过程B+，它能使得系统从状态C变回状态A，并且消除其它一切影响。”
“那么，我们就能说B是可逆过程。”
“否则，B就是不可逆过程。”
“按照克劳修斯的公式，大量粒子组成的热力学系统所经历的任何过程都是不可逆的。”
“举个刚刚说过的例子。”
“把一滴墨水滴入一杯清水中。”
“那么，你能在不产生其它任何影响的情况下，把墨水和清水分离吗？”
“显然，这是不可能的。”
“因为这是一个不可逆的过程。”
“有人说：不对，我有办法。”
“如果我有足够的能量和时间，能不能把墨水分子一个个找出来。”
“可惜，这是不行的，因为这耗费了能量，产生了其它影响。”
“类似的例子还有很多，比如破镜重圆等等。”
“克劳修斯提出的熵概念，极大地拓展了热力学的内涵。”
“它使得物理学家可以从另一个角度来思考热的传递过程。”
“紧接着，玻尔兹曼又从微观的角度重新定义了熵的该概念。”
“他认为熵是体系混乱程度的度量。”
“对于由大量气体分子组成的系统而言，熵就表示了系统内分子的混乱程度。”
“玻尔兹曼首次将系统的熵和概率联系在一起，阐述了热力学第二定律的统计性质。”
“这就是大名鼎鼎的玻尔兹曼分布。”
“而玻尔兹曼分布的基础就是麦克斯韦曾提出的微观粒子速度分布律。”
“在克劳修斯和玻尔兹曼的基础上，热力学第二定律有了新的称呼：熵增定律。”
“热量的传递和做功，统统转化为系统熵的变化。”
哗！
此刻众学生听的如痴如醉。
虽然他们都学习过热力学。
但从来没有像今天这样，一位大佬抽丝剥茧般给他们分析热力学四大定律的来龙去脉。
尤其是热力学第二定律，原来这么复杂！
此刻，李奇维继续说道：
“关于熵增定律的表述有很多种。”
“其中一个经典的版本为：一个孤立的热力学系统，它的熵永不减少。”
“所谓的孤立系统，是指与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统。”
“可以说，熵增定律在诞生的开始，就受到了所有人的不喜和质疑。”
“因为如果它是正确的，那么就意味着我们的宇宙将走向热寂。”
“因为熵增定律的一个推论是系统达到平衡态时熵最大。”
“如果把宇宙看成一个孤立系统，那么它的结局就是达到混乱程度最大的状态。”
哗！
众人忽然感受到一种冰冷的寒意。
仿佛是有一条真理在暗中安排着所有人的命运。
“然而，就在这时，麦克斯韦站了出来！”