热力学能的定义及其物理意义(热力学是热物理学的什么理论)

在高中物理中，有一个著名的热力学第二定律。可惜是选修，认真学过的人不多。但奇怪的是，毕业后你会在很多领域看到它(如经济学、系统学、信息学...)，甚至很多人从哲学的角度来崇拜它。

这篇文章纯粹是为了流量而写的(这种文章不可能有流量)，只针对一部分人。

如果你是一名学生，如果你认真阅读这篇文章，你会觉得物理书籍的内容不仅有助于我们了解客观世界，而且会给生活乃至人生带来巨大的指导意义。

如果你是一个成年人，我希望你能了解宇宙，了解人生，了解一个基本的人生规律。这样生活在一起的人会感受到更多的感恩和爱，变得更幸福。

以下是正文。它分为三个级别:

1物理学中的意义；

2.生活的灵感；

3.对人生的指导意义；

1物理学中的意义

根据高中物理书。热力学第二定律有三种表述，即:

克劳修斯的表述:热量不能自发地从低温物体传递到高温物体；

开尔文表达式:在没有其他影响的情况下，从单个热库吸收热量并使其完全成功是不可能的；

微观表现:所有自发过程总是朝着分子热运动无序度增加的方向进行。

后来，人们为“分子热运动的无序”定义了一个参数，称之为“熵”。所以微观的表达方式也叫“熵增定律”(这个词在很多领域都会提到)。

高中的时候老师反复强调这三种表达是等价的。但我一直很疑惑。这三句话明确说了三件事。为什么他们在书里说同样的话？

这一点需要多年的观察和感悟才能明白。如果一个高中生真的能理解它的意义，他无疑会对物理学的哲学意义产生浓厚的兴趣。

本文只会略读物理意义，所以只举例说明:空 tone。

以我们的生活经验，可以感受到克劳修斯表达式(热量不能自发地从低温物体传递到高温物体)。的确，家里的热水只会慢慢变冷，而不会慢慢变热。

一般来说，人们可能会理解这一点，但物理学家总是想得更多，于是就有了开尔文表达式(从单个热库吸收热量，在没有其他影响的情况下，不可能完全成功)。之所以这么说，是因为它不再满足于仅仅概括现象，而是提升了思考的维度:

热量如何从低温物体传递到高温物体？

经过反复实验，开尔文发现这并非不可能，但你要付出“代价”，开尔文称之为“其他影响”。

你可能会想，真的有可能把热从冷的物体传到热的物体，也就是冷的更冷，热的更热吗？其实我们每天都在用，就是空音。

炎热的夏天，外面很热，里面可能会凉快一点。根据高温物体向低温物体传热的规律，热浪是没有办法不断从外面涌入室内的。但是空的发明实现了相反的过程:热量被抽出屋外，排到室外。因此，室内会越来越凉，而室外会越来越热。

这完全违反了自然法则。相当于桌子上有一杯水，突然一半变热，另一半变冷。根据热力学第二定律，为了实现它，我们必须付出一定的代价:额外的电能。

我们耗费大量电能来移动热量，却无法消除热量。相反，电本身会产生更多的热能。所以整体来说，大量空声调的使用会抬高整个城市的整体问题。我们可以把它看作是人类获得室内凉爽的“代价”。

至于第三种微观表述方法(所有自发过程总是沿着分子热运动无序度增加的方向进行)，对它的研究更进一步。它不只是描述现象(克劳修斯表达式)，也不思考如何改进技术(开尔文表达式)，而是真正试图解释这一客观规律的根本原因。因此，它的适用性一下子扩展到了相当多的领域。

2生活的灵感

微观表述(所有自发过程总是朝着分子热运动无序度增加的方向进行)实际上描述了世界运行的底层规律:

一切都会向某个方向发展，但很不幸，这个方向是秩序的反面:无序。

类似的例子太多了。墨水滴入水中，会渐渐散开，再也无法聚拢；花瓶容易碎，一旦碎了就很难恢复；如果没人打扫，城市会变得乱七八糟，无法居住；即使是物理学预言的宇宙也会慢慢变成一团飞灰，

不再有任何活力。

热量会从热的物体传递到冷的物体，这只是这个定律的一个方面。

知道这些对我们的生活有什么意义？

是的，你可能有另一个角度来评价人生的意义。

从工业革命的大规模生产时期开始，人类逐渐形成了一种价值观。我们总是感觉到物质和能量，这些东西才是最重要的。所以我们想尽办法扩张地盘，聚敛财富，把公司越做越大，认为自己拥有的财产、金钱、权利越多，就越成功。

我们每天讲的，从个人财富危机到全球能源危机，都是从总量上评价的，这是一种能源思维。

但是渐渐的，人们发现，只要技术足够，能源根本不是问题。我们总是担心石油用完了怎么办，但只要有技术，能源就用之不竭。无论是太阳能还是核能，还是在泰空寻找新的矿物能源，宇宙中的物质和能量几乎等于无穷大。

就连我们一直持有的观点:我们将“耗尽”能源也是一个愚蠢的想法。能量是守恒的，我们根本无法“用光”。我们只是把它从一种形式变成另一种形式。

人们逐渐发现，我们缺少的不是“能量本身”，而是“能量的秩序”。

能量的顺序是什么？简单，我点燃一勺酒精，把它变成水和二氧化碳，放出热量。这里物质和能量都守恒，真正改变的是能量的顺序:化学能变成热能。

再比如，我从高处扔了一个小球，掉到了地上。看似重力势能损失了，实际上并没有损失。刚刚转化成热能，变形能，声能等。

通过发电，我们并不是真的“制造能量”，只是将一种能量转化为电能而已。能量有一个特点，可以很容易的从高阶能量转化到低阶能量，但是不能逆转。

所以我们只听说过太阳能、核能、火力发电、水力发电，因为这些能源都是有高阶的，容易变成稍低阶的电能；但是很少听说声能发电，因为声能的阶次很低，几乎不可能再收集起来转化成高级能量。

所以，我们真的是在“用尽能量”，只是不断地从“高阶”到“低阶”使用能量，而不是用尽它们的总量。

你可能会问，为什么会有这么多的高阶能量可用？感谢太阳。太阳提供的光子流是一种非常高阶的纯能量。通过叶绿素，生物体将这种高级能量转化为最常见的地球能量形式:化学能。理论上，所有的生命都可以从几乎无限的高阶能量输入中存活下来。

所以，太阳的价值不仅仅是提供能量，而是提供“高阶”能量。试想一下，如果有一个巨大的能量源，开着一个大喇叭向地球发出声音(暂且不考虑传输问题)，理论上可以源源不断地传输能量，但根本无法孕育生命。虽然只有声音是能量，但基本都是能量里剩下的“污水”，很难被生命再利用。

这些解释都是关于“能量思维”的局限性。真正的智者需要逐渐认真考虑“能量秩序”的问题。这对生活是一个很大的启发。

以学习为例，大多数孩子还处于不断吸收知识总量的阶段。而他们的父母认为花的时间越多，背的知识越多，做的题目越多，掌握的东西就越多。

这种学习方法和家里什么都捡很像。看似拥有大量财产，但却是一团乱麻，没有秩序，以至于家里没有一丝安慰。

很多孩子的大脑都是这种状态。他们根本没有任何总结和整理的能力，也不知道知识点之间的结构联系。按照我们的物理学标准，他们所拥有的都是“无序”的知识。这种知识结构看似量很大，但阶次很低，没有重用价值，无法诞生真正有思想的大脑。

只要想想你所拥有的东西的顺序，你就会对生活中的各种东西有不同的评价标准。

禅修者讲究“少即是多”，在乎自己拥有的东西的顺序，而不是数量。

日本“离家出走”的整理方式，也是为了清理过度，让家里充满整洁有序之美，从而提升整个人的幸福感。

冥想，也类似于一种清理头脑的技巧，你会发现，如果你要思考的问题少了，你就可以更好地思考它们，达到更高的境界。

3对生活的指导意义

最后，我想说说热力学第二定律对人生观的影响。真正理解它会帮助你成为一个感恩的人。

佛教中的毒有三个概念，即贪、怒、痴。在我看来，前两者的贪婪和愤怒来自于对生活的不满。在现实世界中，你可以看到很多人，充满了抱怨和怨恨。开车时，前面有人转身挡他，他会骂对方没脑子；工作时，领导对工作的安排考虑不太周全，会吐一晚上；出去吃饭发现一个服务不到位，恨不得抓住机会狠狠训服务员一顿。当然，和家人沟通的时候，会有更多的细节摩擦，那为什么总是和我过不去呢？我记得有个电视节目模拟了一个场景。这个节目是在旅馆里预先安排好的。趁顾客不注意，打翻了桌上的红酒，然后迅速离开，只留下服务员收拾桌子。

几乎所有的顾客，回头看到打翻的酒，都会直接责怪服务员，说是他打翻的，而不顾及“我没有亲眼看到”的事实。原因只有一个，酒洒了，服务员离他最近，所以他有责任。这种思维根植于一种巨婴的人生观:一切都是因为别人的错而出错，一个坏人需要负责！真正懂热力学第二定律的人，不会这样理解问题。因为我们知道世界会在无序的状态下发展。

自然，道路会很脏，杂草丛生。这是法律；房间会越来越乱，这也是规律；食物不会自己跑到桌子上，这是规矩；人会生，会死，会死，这就更规律了。一切都不是某个人的责任。但是为什么我们发现道路没有变得更脏呢？房子也总是很整洁？总会有好吃的？而且人的寿命会越来越长？

知道热力学第二定律的人问这个问题并不难。而一旦问出这个问题，就离发现世界上最好的秘密不远了。

那是因为无数人都在努力让一切井然有序。他们凭借自己的努力，与物理定律抗衡。所以，他们在默默付出我们之前说的“代价”。

凌晨四五点钟，清洁工在努力工作；爸爸妈妈每天花时间收拾屋子，给你做好吃的；无数医生加班加点为我们提供最好的医疗服务。

但是，没有人能真正做到一件事100分。这个时候，看问题的角度就显得尤为重要，足以决定他与世界的关系。

婴儿总是认为世界应该处处满足他们。不过有一点小不足，就是有些坏人在和自己作对，所以他们讨厌别人。而成熟的人，却知道这个世界是不完美的，总会朝着无序的方向发展。当他们享受任何服务的时候，哪怕是不完美的服务，他们也会心存感激，因为他们知道，有人付出了相当大的代价，才在无序的宇宙中创造了这么一点点秩序。就我而言，既然想明白这一点，就去了同一个麦当劳，看到了完全不同的东西。

以前我很挑剔，觉得他们没有用心去做。如果我开店，我肯定会做得更好。

但是，真正开了自己的店之后，发现连一天打扫一次门都不容易。这才发现，在麦当劳做的所有事情，真的是一群人用很大的努力维持下来的。再次去那里，我深深感激，在炎炎夏日，在暴风雨雪灾，在深夜回家的时候，能找到这么舒适的环境，吃到味道规范的食物。4摘要

感恩不是一种可以塑造的行为，也不是一种可以通过控制情绪达到的状态。其本质是对客观规律的深刻认识。

就像前面提到的佛教三毒“贪无明”，贪无明所表现出来的不满只是一种表象，其根源还是在于最后的“无明”，也就是智慧的缺失。如果你不明白所有的原因，你就无法通过控制情绪来实现感恩。

佛教也为三毒的治疗提供了三条截然不同的路径:“戒与智”。

禁欲是指通过外在的行为戒律来约束内心，这是初级层面；定，通过冥想和其他意念的练习，来化解情绪，为中级；智慧，通过洞察根本规律，获得大智慧，完成终极涅槃。

从这个角度来说，学习数理化显然是了解万物根本规律的好方法，是获得大智慧的基本功。

可惜我们现在的数学物理课程大部分还是纠结于套路和解题。即使是这么迷人的热力学第二定律，大部分老师也根本看不懂，只是要求学生死记硬背。这不能说是浪费时间。

有一次，我试探性地和一些初高中的孩子聊了聊这些问题。能量守恒、空和维度、相对论和时间空穿梭、热力学问题，这些看似物理的东西，其实都和日常生活、成功的秘密、生活的原理、生命的意义、宇宙的归宿有关。

从他们的反思中，他们至少会对物理学的深奥有一些基本的认识；天赋更好，会有一种天马行空，眼前一亮的感觉。这种感觉，不是刷50套试卷就能带来的，是对某个学科、某个领域的敬佩和向往。

而这正是现在的学生最缺乏的。文章转自淘气小海光站。