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什么是热力学第零定律？
相信学过高中物理的同学都知道热力学三大定律：热力学第一定律是能量守恒的关系、热力学第二定律是熵增原理、热力学第三定律告诉我们绝对零度是不可能达到的。 其实在我们所熟知的热力学三大定律外，还有第四大定律，这就是热力学第零定律：如果两个系统都与第三个系统处于热平衡状态，那么前两个系统也处于热平衡状态。- 15k
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分子物理学和热力学——《第七章》热力学的物理基础
本章内容在物理学中是相当独特的，也是初学者不太容易掌握的。关键在于我们研究问题的思想发生了微妙的变化。这种变化来源于我们对于物理过程的图象的不同。前面的力学以及分子运动的力学，还有后面的电磁学，对于物理过程的观察都是以相互作用作为基础的。也就是说，对于一个物理过程，我们总是从其中的相互作用力开始着手的。在获得了相互作用力的规律后，再寻求与这种相互作用力相对应的能量计算方法。因此在这种思路里，首先必…- 82.8k
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为什么时间只向一个方向移动？
我们以日益混乱的方向来衡量时间，因为我们生活在扩张阶段，这个阶段有利于智能生命。这在收缩阶段是不可能的，因为在收缩阶段，能够测量时间的生命是不可能的。- 108.9k
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宇宙诞生之前，时间可以倒流？其他宇宙或许会这样
来源：环球科学微信公众号 不论时间向前还是向后流淌，基本物理学定律都能很好地发挥作用，可是我们感觉到的时间只向着未来这一个方向前进。这是为什么？ 解释时间箭头必须回溯到大爆炸之前，探究宇宙的“史前历史”。我们的宇宙也许是一个大得多的多重宇宙的一部分。作为一个整体，多重宇宙是时间对称的。在其他宇宙中，时间也许会倒流。 我们的宇宙看起来有点儿不太正常。这句话听起来很怪，毕竟宇宙…- 135.5k
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第十一章新的维度_宇宙起源
新的维度_宇宙起源 “我不是已经对你说过多少次了吗，当你把绝不可能的情况都排除以后，剩下的——不管 它是多么难以置信——就必定是真情了。” 引自《四签名》① 自 20 世纪 80 年代中期以来，在寻找“全能理论”方面——它把自然力全部统一到某种包罗无遗的通则中去，“超弦”理论占了主导地位。早先在寻找粒子物理的终极定律时，在人们潜心研究的数学描述中，最基本的实体乃是无大小的点；超弦理论则将能量的…- 14k
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第三章伟大的宇宙分类目录_宇宙起源
伟大的宇宙分类目录_宇宙起源 “别人都是专家，而他的专长却是无所不知。” 引自《布鲁斯—帕廷顿计划》① 我们对膨胀宇宙的描述，勾画出了 20 世纪最伟大的科学发现之一——且不论它是否就是最伟大的那项发现。它以许多方式渗入了我们的文化。本书的大部分读者将会对它有所知晓，以构成他们的整体知识的一部分。正是由于人所共知，才使我们对首次提出这种思想时的革命性实质视而不见。当爱因斯坦于 1915 年发表他的…- 10.3k
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时间与热力学_奇点天文奥秘
时间与热力学_宇宙时间奥秘 另一种描述，牵涉到科学家所谓的宏观层次。这个层次的现象是我们看得到、尝得到、碰得到和感觉得到的。热力学也就是探讨这个层次。十九世纪，这门学问随着蒸汽动力的出现而问世，布莱克（Black）、卡诺（Carnot）、克劳修斯（Clausius）、玻尔兹曼、吉布斯（Gibbs）等人将它发展；它当时注意的是热机的功能。在一个形式的理论框架之下，热力学列出热和功之间的关系，…- 11k
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量子论与不可逆性_奇点天文奥秘
量子论与不可逆性_宇宙时间奥秘 至此为止，我们所考虑的是：当我们用牛顿的观点来处理微观层次上的事件时，不可逆性会以何种形式登上舞台。可是近代的证据（第四章讨论过）是说：要正确地描述微观物质，必须运用量子力学的语言， 尽管这样做有许多困难。因此，我们应该设法把不可逆性的讨论建筑在量子理论上。这样做和用经典理论有许多相似之处。 在量子力学中，一个系统的状态由波函数描述，而对于嵌置其中的…- 12.8k
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第九章未结束的探索_奇点天文奥秘
第九章未结束的探索_宇宙时间奥秘 在我们试图建立时间之箭的努力中，仍然存在有许多问题。很多问题的解取决于高深的数学，然而还是为大胆的洞察和直觉留下了余地，它们可能会导致今天几乎没有想象到的新的概念。 我们已经为这不可逆佯谬苦恼了一百多年：所谓的“基本”理论在区别过去和将来中遭到失败。诚然，这些可逆的理论给了我们对于世界的强大洞察力，但就是对于这同一个世界，死亡和腐烂在提醒我们，…- 16.4k
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混沌粉碎了决定论_奇点天文奥秘
混沌粉碎了决定论_宇宙时间奥秘 混沌存在的场合对初始条件是极端敏感的。牛顿方程能作短期预 言，不能作长期预言，除非初始条件精确地知道。真实世界的这个特点， 便被用来作为同时打发决定论和庞加莱回归论的武器。在上面的例子 中，气体初始条件一个小小的改变就意味着本来要碰撞的分子不再碰 撞，本来不会碰撞的分子却要碰撞。相空间代表所有分子的代表点，其 轨道就要有很快的变化。这样，…- 11.5k
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时间的问题_奇点天文奥秘
时间的问题_宇宙时间奥秘 在我们寻找时间之箭的过程中，我们调查了现代科学中所有的主要学说。我们看到，牛顿力学、爱因斯坦力学、量子力学这些所谓“基本”理论，都否定了时间具有方向。我们看到，决定论和因果论与这些理论的可逆性紧密相联。爱因斯坦建造他十分成功的引力的几何描述，动机其实就是出于他对因果关系的第一位置持有根深蒂固的信仰。可是在这种决定性的理论中，时间被降到次要地位：不管时间朝哪个方向走…- 14.4k
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第八章统一的时间景象_奇点天文奥秘
第八章统一的时间景象_宇宙时间奥秘 即使最顽固的怀疑者，经过上面这一趟科学之旅，也该相信不可逆动力学的力量了。我们用了基于时间之箭的分析，对一大批现象，从生命的出现到豹皮花纹的产生，提供了不得不接受的解释。如果我们说时间之箭是幻觉，把它放在一边，那我们得到的所有见解，都得放弃了。这牺牲可太大了；而我们换得了什么呢？一个充满各种荒诞无稽现象的世界观——碗里的汤自动热起来，台球神秘地从…- 13.2k
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达尔文的理论_奇点天文奥秘
达尔文的理论_宇宙时间奥秘 1809 年，达尔文出生于英国西部希茹斯布利城。他在爱丁堡大学学医，当时他觉得地质课“枯燥到令人难以置信 唯一对我起的作用就是使我下决心，一生再也不读任何讲地质的书”。他随后考进剑桥的基督学院，准备将来做牧师，那时他“被裹入一群荡徒之中，其中包括一些下流青年”。的确，他父亲有一次对他说：“你什么也不管，整天就是打猎，赛狗，捉老鼠，你将给自己丢脸，给我们家门丢脸…- 14.9k
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伊里亚·普里高津_奇点天文奥秘
伊里亚·普里高津_宇宙时间奥秘 我十分高兴，在此为彼得·柯文尼、罗杰·海菲尔德的这本书写篇前言。 时间有箭头吗？这问题自从苏格拉底以来，一直迷魅着西方的哲学家、科学家和艺术家。然而，在本世纪末期的今日，我们问这问题，情况与以前不同。对一个物理学家来说，本世纪的科学史可以分为三个阶段。首先是两项思想方案——相对论和量子力学——所产生的突破。其次是一些出人意料之外的事物的发现，包括“基本”粒子…- 15.7k
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对有机世界的一个物理化学观点_奇点天文奥秘
对有机世界的一个物理化学观点_宇宙时间奥秘 现在我们到达了一个重要的转折点。本章和上章讨论的诸如化学反应等过程的时间演化，总归是以热力学第二定律为基础的。由于包含在第二定律里面的时间之箭，我们看到非平衡过程在“无机”物质中既可以产生自组织，又可以产生（决定性）混沌。 在第五章我们看到，有生命的动植物是存在于远离平衡态的条件之下。让我们来考虑一下神经脉冲是怎么形成的——读者念这句话时就需…- 13.8k
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时间与创造_奇点天文奥秘
时间与创造_宇宙时间奥秘 在本章开始时，我们曾让读者回忆一下，有些科学家的观点是认为时间之箭是幻觉。这些科学家，就像康德以及他以前的哲学家一样，认为时间之箭在热力学第二定律的出现，一如我们对时间流逝的印象，是和某些主观现象有关，或者跟大脑过程有关，而不是属于自然界的。 然而妙的是，我们把第二定律更仔细地考察以后就会发现，把时间之箭说成是主观性而置之一旁，反而会引起更严重的困难。看上去，…- 12.9k
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布鲁塞尔振子的诞生_奇点天文奥秘
布鲁塞尔振子的诞生_宇宙时间奥秘 目前许多实验室在从事自组织的研究，用的方法和杜灵原来用的大致相同。近二十年来，特别是两项关键性的发展，大大提高了人们对这方面的兴趣。一项是 1968 年在布拉格举行的讨论会上，西方的科学家首次听到魔术似的“贝鲁索夫-扎孛廷斯基化学反应”（下面很快就要详叙），并且把它和生物界发生的一些振荡加以比较，这些振荡帮助生物利用能量，例如酵解和光合作用。另一项发展是普…- 15.9k
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化学图案与化学波_奇点天文奥秘
化学图案与化学波_宇宙时间奥秘 非线性化学钟模型中隐藏着许多秘密。时间上的图案，我们已经讲过。空间的图案呢？前面分析布鲁塞尔振子从而得出极限环的结果时，我们忽略了另一个不可逆过程——扩散，和它可能起的作用。那里我们假设了反应器里的化学组成搅得很匀，各种成分 A，B，C，D，X 和 Y，都是很均匀地分布在浑汤里面。如果我们回到汽车制造厂的比喻，那就点儿像假设汽车如雨后春笋，在工厂到处长出来一…- 12.3k
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玻耳兹曼的时间箭头_奇点天文奥秘
玻耳兹曼的时间箭头_宇宙时间奥秘 我们在序言中就已经谈到过玻耳兹曼，对这位大师是值得特别地大书一笔的，因为他曾试图解决前面提到的令人困惑的佯谬。他是维也纳一个税务官的儿子，出生于 1844 年 2 月 20 日，即四月斋开始之前的星期二的夜里，那时狂欢舞会已近结束。他后来常常开玩笑说，这就是为什么他的性格如此容易激动、悲喜无常的原因。玻耳兹曼第一个对基本的物理定律——热力学第二定律——给出…- 9.1k
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宇宙学的时间箭头_奇点天文奥秘
宇宙学的时间箭头_宇宙时间奥秘 我们已经看到，第二定律如何意味着宇宙的热寂，也就是宇宙最后演化到一种彻底无序的状态。这种看法和宇宙学家们的看法是否一致呢？ 在前面几章里，我们已经简略地谈到过时间和宇宙的起源。我们知道宇宙是在膨胀的，而且我们可以预言它的两种可能的极端命运：继续膨胀直到热寂（虽然也有人推测，如我们将在第八章看到的，即使在这样的条件下，也会出现一个恢复了活力的宇宙）；或者是…- 16k
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极度远离平衡态_奇点天文奥秘
极度远离平衡态_宇宙时间奥秘 普里高津的最小熵产生定理是一个重要的结果。然而，它的证明决定于昂萨格所描述的流和力之间的良好线性关系（以及别的一些因素）。普里高津和他的布鲁塞尔同事一起，决心探究远离平衡态、线性规律已遭破坏的系统，目的是发现是否可能把他的定理推广为一个演化判据，对流和力之间的简单关系不再成立的非线性系统也能适用。这一努力导致了一些非常具有魅力的结果，也引起了不少激烈的争论。 …- 12.7k
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混沌中现出有序_奇点天文奥秘
混沌中现出有序_宇宙时间奥秘 宏观系统的自然倾向是循着时间箭头走向平衡态。但是，如果系统的这一过程在它达到目的地之前就停止了，情况又会是怎么样呢？ 所示的盛有氢气和硫化氢气体混合物的容器，可以用来说明，只要使一个系统保持在非平衡的状态，就可以推翻“熵就是无序”这样一个肤浅的教条。本来我们会以为，当混合物被加热时，它会变得更加无序：热量加得越多，气体分子就会越起劲地在容器里到处乱跑。但是…- 12.3k
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第五章时间之箭：热力学_奇点天文奥秘
第五章时间之箭：热力学_宇宙时间奥秘 当我们从量子力学的微观世界转移到日常生活的宏观世界来，时间之箭就变得比较清楚了。这就是热力学的领域，它是一个威力巨大的理论，其中时间的流逝方式，与萦绕在诗人和小说家脑际的想象是一样的。格雷夫斯（Robert Graves）有一次生动地描写道，时间就是“计数脉搏，计数缓慢的心脏跳动，在缓慢的心脏跳动中流血、从而走向时间的死亡。”热力学所做的与此相…- 11.6k
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