你最应该知道的10大科学定律及理论
标准释义:热力学第一定律,热可以转变为功,功也可以转变为热,也就是能量守恒和转换定律;第二定律有几种表述方式,其中之一是不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化;第三定律,在热力学温度零度(即T=0开)时,一切完美晶体的熵值等于零。
英国物理学家和小说家查尔斯?珀西?斯诺曾经有一段非常著名的论述:“不懂得热力学第二定律的非科学家,就像一个从没读过莎士比亚的科学家一样。”斯诺的言语意在批评科学与人文之间“两种文化”的隔绝与分裂,但却无意中在文人圈里“捧红”了热力学第二定律。其实,斯诺的论述确实强调并呼吁人文学者都应该去了解一下它的重要性。
热力学是研究系统中能量运动的科学。这里的系统既可以是一台发动机,也可以是炽热的地核。斯诺运用自己的聪明才智将其精简成为以下若干条基本规则:你赢不了、你无法实现收支平衡、你无法退出游戏。
该如何理解这些说法呢?首先来看所谓的“你赢不了”。斯诺的意思是指既然物质与能量是守恒关系,在能量转换过程中,我们无法实现一种能量形式到另一种的对等转换而不损失一部分能量。就像如果要发动机做功,就必须提供热能一样。即便是在一个完美极致的封闭空间中,部分热量依然将不可避免地散逸到外部世界中去。
而这就引发了第二定律――你实现不了收支平衡。鉴于熵的无限增加,我们无法返回或保持相同的能量状态。因为熵总是从浓度高的地方向浓度低的区域流动。而有熵的存在,也是永动机不可能出现的原因。
最后是第三定律――无法退出的游戏。这里要涉及到绝对零度,即理论上可能达到的最低温度,一般指零开尔文(零下273.15摄氏度或零下459.67华氏度)。第三定律的表述为,当系统达到绝对零度时,分子将停止一切运动,即没动能,熵也能达到理论上的最低值。但现实世界中,即使在宇宙的深处,达到绝对零度也是不可能的。你只能无限地接近所谓的终点。
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