《科技大师系列讲座XII》第十三讲——邢院士主讲《神奇的熵世界》

邢定钰院士

  澳门科技大学2011/2012学年《科技大师系列讲座XII》第十三讲,于2012年5月9日举行,主讲嘉宾为著名凝聚态物理专家、中科院院士刑定钰。是次讲座主题为《神奇的熵世界》。

  刑院士首先讲解了熵的概念,他说,熵是一个重要的物理量,但是熵也以其难懂而闻名,他引用英国作家史诺的一句话来阐释熵及热力学第二定律的重要性,这句话是这么说的:“人文知识分子不懂热力学第二定律,就好像科学家未读过莎士比亚一样令人遗憾。”

  随后,刑院士从詹姆斯•瓦特、萨迪•卡诺等物理史上重要的人物娓娓道来,讲述了热力学第一定律和第二定律的诞生。他说,热力学第一定律的诞生,也意味着“永动机”梦想的破灭。刑院士进一步阐释道,不消耗能量的机器叫第一类永动机,第一类永动机违反能量守恒与转换定律,是不可能造成的;而从单一热源吸热使之完全变为有用功而不产生其它影响的热机称为第二类永动机,虽然第二类永动机不违反热力学第一定律,但第二类永动机仍然不可能制成,因为机械能和内能的转化过程具有方向性。

  接下来,刑院士为大家列举了自然界中许多自发的不可逆过程,并进而提出,怎样用一个物理量定量地描述热力学第二定律?他说,为了回答这个问题,“熵”的概念应运而生,1865年,德国物理学家鲁道夫•克劳修斯首次提出了熵的概念,定量地描述不可逆过程的方向和限度。后来,中国物理学家胡刚复教授则确定了“熵”的中文译名。

  刑院士说,熵的增加就意味着有用能量的减少,熵可用来表示系统的混乱程度,熵越大,即越无序;越是有序,越不均匀;越是无序,越均匀。他指出,系统总是力图自发地从熵值较小的状态向熵值较大的状态转变,这就是“熵值增大原理”。刑院士还用草坪日光浴、停车场停车位的图解,让大家更加直观地了解了熵的意义。

  最后,刑院士提到了生物熵、信息熵和社会熵等不同学科领域的熵,并介绍了宇宙终极的“热寂说”及对“热寂说”的批判。在谈到对社会熵的理解时,刑院士表示,社会熵至少体现在三个方面,分别是“社会的有序需要法冶”“有开放、交流的必要”和“节约能源就是保护环境”。