1、第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容補充內(nèi)容補充內(nèi)容: :熵概念的推廣熵概念的推廣一、一、 熵與能量熵與能量二、二、 熵與時間熵與時間三、三、 熵與生命熵與生命四、四、 熵與信息熵與信息五、五、 熵與社會熵與社會第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容一、熵與能量一、熵與能量 熱熱 律：律： 能量守恒能量守恒 熱熱 律：律： 能量轉化能力能量轉化能力有序有序無序無序能力強能力強能力弱能力弱有序到無序能量轉化過程不可逆有序到無序能量轉化過程不可逆 一部分能量不能再作功一部分能量不能再作功 -能

2、量退化能量退化第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容對熱對熱 律深入認識律深入認識A)能量退化角度認識能量退化角度認識 孤立系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的自發(fā)過程孤立系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的自發(fā)過程 必然導致能量的退化必然導致能量的退化B)熵的角度認識熵的角度認識 孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng) 導致熵的增加導致熵的增加熵是能量不可用程度的量度熵是能量不可用程度的量度能量危機能量危機 就是熵的危機就是熵的危機第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容二二 、熵與時間、熵與時間1. 1. 時間反演的對稱性時間反演的對稱性 物理學中很多領域物

3、理學中很多領域 時間本質(zhì)上都在描述可逆過程時間本質(zhì)上都在描述可逆過程 從現(xiàn)在可知過去從現(xiàn)在可知過去 也可知道未來也可知道未來2.2.自然界存在的基本不對稱性自然界存在的基本不對稱性 熱現(xiàn)象不具有時間反演對稱性熱現(xiàn)象不具有時間反演對稱性第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容 數(shù)學家數(shù)學家 史蒂芬指出：史蒂芬指出： 至少存在三個時間箭頭至少存在三個時間箭頭 將過去和將來分開將過去和將來分開三個箭頭所指方向一致三個箭頭所指方向一致熱力學箭頭熱力學箭頭無序度增加的時間方向無序度增加的時間方向只能記住過去只能記住過去 心理學箭頭心理學箭頭宇宙膨脹宇宙膨

4、脹宇宙學箭頭宇宙學箭頭第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容三、熵與生命三、熵與生命 熱熱 律：孤立系統(tǒng)律：孤立系統(tǒng) 無序度增加無序度增加 熵增加熵增加 但生物進化過程：成長過程有序度增加但生物進化過程：成長過程有序度增加SSSiedddSid熵產(chǎn)生熵產(chǎn)生 內(nèi)部內(nèi)部( (恒為正恒為正) )Sed熵流熵流 外界外界( (可正可正 可負可負 可零可零) )開放系統(tǒng)：開放系統(tǒng)：第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容有序度增加有序度增加 從一種從一種有序到更高級的有序有序到更高級的有序0SdSSie

5、dd成熟階段成熟階段維持一種有序維持一種有序 有序度下降有序度下降生物系統(tǒng)在短期內(nèi)或生物系統(tǒng)在短期內(nèi)或局部熵積累過多局部熵積累過多 病態(tài)病態(tài)稱負熵流稱負熵流0Sed如如果果0Sd0Sd衰亡階段衰亡階段SSiedd第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容從物理學的角度看從物理學的角度看 治療的目的在于消除積熵治療的目的在于消除積熵薛定諤說：生命賴負熵以存在薛定諤說：生命賴負熵以存在玻耳茲曼說：生物為了生存而作的一般斗爭玻耳茲曼說：生物為了生存而作的一般斗爭 既不是為了物質(zhì)既不是為了物質(zhì) 也不是為了能量也不是為了能量 而是為了熵而斗爭而是為了熵而斗

6、爭生物從外界吸收負熵是以更大范圍的熵增為代價生物從外界吸收負熵是以更大范圍的熵增為代價的的第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容四、熵與信息四、熵與信息 香農(nóng)：信息是事物肯定程度的量度香農(nóng)：信息是事物肯定程度的量度 熵增等于信息的減少熵增等于信息的減少 信息與負熵等效信息與負熵等效信息熵信息熵ln1 ln2SkPk 對某種事物作出完全判斷所缺的信息量對某種事物作出完全判斷所缺的信息量信息的獲得意味著各種可信息的獲得意味著各種可能性中概率分布的集中能性中概率分布的集中五、五、 熵與社會可持續(xù)發(fā)展、環(huán)保熵與社會可持續(xù)發(fā)展、環(huán)保第八章第八章 熱力學

7、基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容 一、一、 問題的提出問題的提出 二、二、 自組織現(xiàn)象自組織現(xiàn)象 三、三、 孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng) 開放系統(tǒng)開放系統(tǒng)補充內(nèi)容補充內(nèi)容2：耗散結構：耗散結構第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容一、一、 問題的提出退化與進化問題的提出退化與進化1.按克勞修斯熱力學理論按克勞修斯熱力學理論初態(tài)初態(tài)末態(tài)末態(tài)有序有序無序無序非平衡非平衡平衡平衡退化退化孤立系統(tǒng)朝均勻孤立系統(tǒng)朝均勻 簡單簡單 消除差異的方向發(fā)展消除差異的方向發(fā)展熵增加熵增加能量退化能量退化第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎

8、物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容2. 按達爾文進化論按達爾文進化論生物由單細胞生物由單細胞人人進化進化(極為有序極為有序)越來越復雜越來越復雜 越來越有序越來越有序 ( (熵減少熵減少) )第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容( (蜂窩蜂窩 毛皮花紋毛皮花紋) )二、二、 自組織現(xiàn)象自組織現(xiàn)象1.自組織現(xiàn)象自組織現(xiàn)象在一定外界條件下在一定外界條件下 系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)內(nèi)部自發(fā)地由無序自發(fā)地由無序 有序的現(xiàn)象有序的現(xiàn)象無生命和有生命世界無生命和有生命世界都有自組織現(xiàn)象都有自組織現(xiàn)象( (變?yōu)橛行蜃優(yōu)橛行? )空間有序空間有序

9、時間有序時間有序( (候鳥遷徙候鳥遷徙) )第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容2. 耗散結構耗散結構-自組織形成的有序結構自組織形成的有序結構自組織現(xiàn)象是自發(fā)進行的自組織現(xiàn)象是自發(fā)進行的 但但 需外界提供觸發(fā)條件需外界提供觸發(fā)條件 耗散外界的能量耗散外界的能量 質(zhì)量質(zhì)量第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容三、三、 孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng) 開放系統(tǒng)開放系統(tǒng) 熱力學第二律的普遍形式熱力學第二律的普遍形式1. 孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)自發(fā)過程：自發(fā)過程：有序有序 無序無序內(nèi)部不可逆過程引起的熵變內(nèi)部不可逆

10、過程引起的熵變-熵產(chǎn)生熵產(chǎn)生 di S由熵增加原理由熵增加原理外界外界孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng)di S( (和外界無能量和物質(zhì)的交換和外界無能量和物質(zhì)的交換) )0Sid第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容2. 開放系統(tǒng)開放系統(tǒng) ( (和外界有能量和物質(zhì)的交換和外界有能量和物質(zhì)的交換) ) 熵變熵變di S (系統(tǒng)熵產(chǎn)生系統(tǒng)熵產(chǎn)生)de S (與外界交換能量和物質(zhì)引起的熵變與外界交換能量和物質(zhì)引起的熵變 ) -熵流熵流 de S 可可 0 (正熵流正熵流)外界外界系統(tǒng)系統(tǒng)di Sde S實現(xiàn)自組織現(xiàn)象系統(tǒng)必須開放實現(xiàn)自組織現(xiàn)象系統(tǒng)必須開放第八章第八

11、章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容開放系統(tǒng)總熵變：開放系統(tǒng)總熵變：1) )若若 deS di S( 0 )則則 dS = di S + deS 0負熵流可使開放系統(tǒng)熵減少負熵流可使開放系統(tǒng)熵減少 變得更有序變得更有序 實現(xiàn)自組織實現(xiàn)自組織2) )若若 deS 0 (正熵流正熵流)則則 dS = di S + deS 0Sid第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容開放系統(tǒng)自外界吸取能量開放系統(tǒng)自外界吸取能量 即輸入負熵即輸入負熵 對孤立系統(tǒng)對孤立系統(tǒng) deS = 0 開放系統(tǒng)的熵可增開放系統(tǒng)的熵可增

12、 可減可減dS = di S 0( (回到原來的熱二律回到原來的熱二律) )第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容普里高津普里高津(I.Prigoging 比利時比利時)1967年年 提出耗散結構提出耗散結構1977年年 獲獲 Nobel Prize (化學化學4.生命過程生命過程耗散結構打開從耗散結構打開從 物理科學物理科學 生命科學生命科學 的窗口的窗口第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容生命過程生命過程-耗散過程耗散過程 要活著要活著-身體保持低熵狀態(tài)身體保持低熵狀態(tài)熱平衡熱平衡-死亡死亡薛定諤：薛定諤：生命是什么生命是什么? ?“生命之所以能存在，就在于從環(huán)境生命之所以能存在，就在于從環(huán)境 中不斷得到中不斷得到 負熵負熵”“有機體是依賴負熵為生的有機體是依賴負熵為生的 ” ”-生命的熱力學基礎生命的熱力學基礎高熵高熵-混亂混亂第八章第八章 熱力學基礎熱力學基礎物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）補充內(nèi)容補充內(nèi)容( (碳水化合物碳水化合物 凈水凈水) ) 物質(zhì)物質(zhì)( (化學能化學能) )能量能量負熵負熵( (CO2 污水污水 排泄物等排泄物等) ) 物質(zhì)物質(zhì)能量能量( (功功 熱熱) )正熵正熵有有 機機 體體開放