熵定律编辑
中文名
熵定律
属 性
科学定律之最
观 点
类 型
物质世界的三个基本要素之一
目录
1定律简介编辑
在信息论中，熵被用来衡量一个随机变量出现的期望值。它代表了在被接收之前，信号传输过程中损失的信息量，又被称为信息熵。信息熵也称信源熵、平均自信息量。在1948年，克劳德·艾尔伍德·香农将热力学的熵，引入到信息论，因此它又被称为香农熵。
2详细内容编辑
最高定律
在等势面上，熵增原理反映了非热能与热能之间的转换具有方向性，即非热能转变为热能效率可以100%,而热能转变成非热能时效率则小于100%(转换效率与温差成正比),这种规律制约着自然界能源的演变方向，对人类生产、生活影响巨大；在重力场中，热流方向由体系的势焓(势能+焓)差决定，即热量自动地从高势焓区传导至低势焓区，当出现高势焓区低温和低势焓区高温时，热量自动地从低温区传导至高温区，且不需付出其它代价，即绝对熵减过程。显然熵所描述的能量转化规律比能量守恒定律更重要，通俗地讲：熵定律是"老板"，决定着企业的发展方向，而能量守恒定律是"出纳",负责收支平衡，所以说熵定律是自然界的最高定律。
分熵的特点
熵概念源于卡诺热机循环效率的研究，是以热温商的形式而问世的，当计算某体系发生状态变化所引起的熵变总离不开两点，一是可逆过程；二是热量的得失，故总熵概念摆脱不了热温商这个原始外衣。当用状态数来认识熵的本质时，我们通过研究发现，理想气体体系的总微观状态数受宏观的体积、温度参数的控制，进而得到体系的总熵等于体积熵与温度熵之和(见有关文章)，用分熵概念考察体系的熵变化，不必设计什么可逆路径，概念直观、计算方便(已被部分专家认可),因而有利于教和学。
熵流
熵流是普里戈津在研究热力学开放系统时首次提出的概念(普里戈津是比利时科学家，因对热力学理论有所发展，获得1977年诺贝尔化学奖)，普氏的熵流概念是指系统与外界交换的物质流及能量流。我们认为这个定义不太精辟，这应从熵的本质来认识它，不错物质流一定是熵的载体，而能量流则不一定，能量可分热能和非热能[如电能、机械能、光能(不是热辐射)]，当某绝热系统与外界交换非热能(发生可逆变化)时，如通电导线(超导材料)经过绝热系统内，对体系内熵没有影响，准确地说能量流中只有热能流(含热辐射)能引人熵流(对非绝热系统)。对于实际情形，非热能作用于系统发生的多是不可逆过程，会有热效应产生，这时系统出现熵增加，这只能叫(有原因的)熵产生，而不能叫熵流的流入，因能量流不等于熵流，所以不论什么形式的非热能流都不能叫熵流，更不能笼统地把能量流称为熵流。
3现实例子编辑
冰箱不能减熵
克劳修斯把熵增原理表述为："热量不能自动地从低温物体传向高温物体”，这给人们一个错觉，外界做功使热量从低温物体传到高温物体，或者说使等温体变成不等温体，就意味着发生熵减。这种认识是偏面的，以绝热房间内放一工作的电冰箱为例，冰箱内温度变低，冰箱外的房间内温度变高，许多人把这外界做功而拉开温差的现象叫做熵减，并解释将发电厂一并考虑在内，总体上仍是熵增。这种看法是错误的，仅就室内的冰箱内外来说，如果考虑了电流的热效应，这个室内的总熵变化只增不减(不信可计算一下)。外界做功不能使绝热系统内的熵减少，不论是电能、机械能等非热能做功(通常不能避免热效应)都不能使绝热系统内的熵减少，所以说，我们认为熵增原理准确的表述应为：“在等势面上，绝热系统内的熵永不减少”。
地热来源
世界上第一台永动机
1．地球内部的放射性元素蜕变放热，即原子能；
2．地球在形成初期带来的热量。我们对上述解释的看法是，如果是第一种，有三种情况：
①地热温度呈外低内高按一定梯度的分布，那热源必在地心，这不就是原子弹吗？后果不堪设想；
②矿物分布通常遵循"物以类聚"的原则，如果地球内部的放射性元素分布(热源)与地热分布一致？显然这不合情理；
③地下温泉或岩浆(石头)应该裹挟着很强的放射性物质，实际上没有，所以说地热的主要来源不可能是放射性元素蜕变。如果是第二种，一是体积收缩挤压产生；二是本来是高温体，冷却至今形成热量梯度分布，这种可能性是有的。我们认为也有第三种可能，即地球形成时温度是均匀的而又不是十分高温的物质，从45亿年前至今，重力将地表低温区热能向地心转移，使热量形成梯度分布(中心约5000℃)，逐步实现势焓平衡。
4计算公式编辑
1．克劳修斯首次从宏观角度提出熵概念，其计算公式为：S=Q/T,(计算熵差时，式中应为△Q)
2．波尔兹曼又从微观角度提出熵概念，公式为：S=klnΩ，Ω是微观状态数，通常又把S当着描述混乱成度的量。
3．笔者针对Ω不易理解、使用不便的现状，研究认为Ω与理想气体体系的宏观参量成正比，即：Ω(T)=(T/εT)3/2,Ω(V)=V/εV，得到理想气体的体积熵为SV=klnΩv=klnV,温度熵为ST=klnΩT=(3/2)klnT ，计算任意过程的熵差公式为△S=(3/2)kln(T'/T)+kln(V'/V),这微观与宏观关系式及分熵公式，具有易于理解、使用方便的特点，有利于教和学，可称为第三代熵公式。
上述三代熵公式，使用的物理量从形式上看具有"直观→抽象→直观"的特点，我们认为这不是概念游戏，是对熵概念认识的一次飞跃。
5引力“熵增减”编辑
一种解释
引力的“熵减”现象说法——热环论
恩格斯曾多次指出：“放射到太空中去的热一定有可能通过某种途径转变为另一种运动形式，在这种运动形式中，它能够重新集结和活动起来”，这就是“热环论”的早期构想。科学家们通过长期对熵理论的研究，提出了“热环论”（又可称“热动论”），完成了恩格斯的遗愿。
热环论指出：可压缩流体的静力学方程，即势焓(势能+焓)平衡规律指出，在引力场中，相同质量的流质其拥有的势焓值均为同一常数，这就意味着当流质势能大时其焓值小(温度低)，相反，当势能小时其焓值大(温度高)，如果星体中心的势焓值比外围低时，引力将迫使外围低温区热量向中心高温区传导转移，以趋于势焓平衡。又根据热辐射定律可知，热辐射仅由温度决定，不受引力影响。上述两类因素是热循环的动力，即热量在引力的帮助下从低温3k传导至高温亿万k(太空中或星体内部都存在着温度梯度这个客观事实)，再以辐射的方式逸散到太空中去，就这样循环往复以至无穷，这就"热环论"描述的现象。
以白矮星为例，白矮星内部无热源发光是因为星体引力能从太空云集低温热能。任何星体与太空间都存在着相反的热循环转移过程，即使是具有内部热源的星体也叠加着上述热循环过程（比如恒星的聚变热源）。
另一种解释
引力还是“熵增”现象——热寂说
这就是著名的“热寂说”...可以看出来，引力同样可以解释为“熵增”现象：质量的引力把原来的物质从低温加热到高温，这个加热的能量来自物质本身也就是质量的消耗（有可能来自原子核的质量减少，也可能来自电子能级的消耗等因素，下面有分析）。但宇宙的质量一开始怎么来的？至今还在假设当中，这也就是宇宙的诞生之谜。不过能推断出的就是：宇宙这些“天生”的质量其实就是“负熵”，宇宙一直都是在“负熵”变“正熵”的过程，即质量消耗而变为热能的过程，所以宇宙如果还有质量，就不会是我们所说的“死亡终结”，有质量就可以创造热能，从而获得非热能形式的能量。所以质量的引力把原来的物质从低温加热到高温，并不是违反热力学第二定律的：“自发性把热从低温物体转移到高温物体”，而是消耗了自身获得热能，由熵增而变高温的（这也就是我们所使用的所有能量的本源）。而把热能还原为质量，而不引起其他影响的，才是“绝对熵减”。
原子与原子之间的分隔是因为有电磁力（电磁力是虚光子传递产生的），远离原子核的电子能级高。以地球为例，地球内部物质被高度挤压，所以经过压缩，电子“被迫”降低能级，这就会释放出能量（电子向低能级跃迁，虚光子转变为光子释放出来），释放的能量又被周围的物质吸收，导致周围物质的电子能级升高，运动更剧烈，但运动空间被引力限制，所以形成一个“恶性循环”，也可以看成是一个平衡（用来抵御压缩，减缓体积缩小速度）：释放能量，然后吸收，再释放...逐渐向外围的低温区域传递，代价就是体积会不断缩小紧密，最终达到一个“度”，产生新的质变。不过如果不是恒星这样因为引力巨大，已经快速的经过了一次量变与质变的转化的（由巨大引力实现的内部更高温，造成聚变，也就是触发了更深层的能量释放...），其他温和的小天体，比如地球，经历的这个过程是非常漫长的，这也就导致了来自外界的变数干扰会成为必然，所以仅仅只能理论上成立。
宇宙末日猜测
热环论，是有一种美好的因素为前提才提出来的，但提出后同样发现，规律就是规律，不会以意志为转移...也许真的存在这个“好”的结果，不过也同样存在两种“坏”的结局：热环论与热寂说正相反，可以推导出的是宇宙的“冷寂”或“大坍塌”...比如星体一样会不断压缩变小，周围也就会不断的增加低温区，低温区的热转移不会或不足以使高温区的质量和体积增加（可以说是杯水车薪），反而会加剧高温区的消耗，加快热辐射的损耗（“恶性循环”，这么看，还是逃不脱“熵增”的“魔咒”:一切都在向无序方向进行，整体的无序里必然会有局部的有序现象...）。如果整个宇宙的质量不足以叠加出足够强的引力，星体会越来越孤立而变为一片“冷寂”景象，如果质量足够，最后的结果就是整个宇宙体积会因为引力而收缩——大坍塌，在这个过程中，整个宇宙就可以看成是一个更大的天体，宇宙也会进入“热寂”的混沌过程，可以说就是“奇点”的形成过程，然后不断量变导致质变（超高度的压缩，达到一个“度”，触发更深层的能量释放，导致爆炸，然后释放出新的“基本粒子”...），这就是“奇点爆炸”。如此循环（其实这样也不算“坏”了）...
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