「克劳修斯」坤鹏论：熵，粉墨登场！
北京联盟_本文原题：坤鹏论：熵 ， 粉墨登场！
自然界的任何过程都会导致能量的贬值 ， 这是一个规律 。——坤鹏论
本文插图
网上有很多关于熵的文章 ， 寓意丰富 ， 总是让人浮想联翩 ， 心驰神往 。
其实 ， 熵最初被克劳修斯提出来的时候 ， 真没那么多涵义 。
今天 ， 坤鹏论和大家分享一下 ， 最初那个单纯的熵 。
一、如何证明不可逆？
前面提到热力学第二定律的实质是：
一切与热有联系的现象中 ， 自发实现的过程都不可逆 。
那么 ， 如何证明不可逆呢？
最简单的办法就是证明：
结果≠开始
就像我们的生命是不可逆的 。
现在的我们永远不可能等于刚出生的我们 。
在热力学中 ， 它可以表示为：
终态值≠初态值
二、克劳修斯的态函数熵
1.热力学第二定律为什么需要数学公式？
温故一下《“熵”晦涩难懂？那是因为没学习这几个名词！》讲的态函数概念 。
其中讲到了 ， 在热力学第一定律中：
内能U就是一种态函数；
Δ表示差值；
ΔU表示为内能初态值和终态值的变化量 。
热力学第二定律也需要找到一个内能U这样的态函数 ， 从而建立起数学表达式 。
为什么？
第一 ， 有了它 ， 就可以关联热力学系统所进行的不可逆过程的初态和终态之间的重大差异性 ， 因为正是这种差异决定了过程的方向 。
想想看 ， 就像我们说一个人 ， “你变了！”
这个“你变了” ， 就是现在对此人的认识 ， 和以前对他的认识相比较得出的结果 。
相比的结果需要存在明显甚至重大差异 ， 我们才会说变了 。
变了 ， 是变好？还是变坏？当我们说“你变了”时 ， 心中是有答案的 ， 虽然并不会直接说出来 。
所以 ， 这个差异决定了这个人在这段时间内改变的方向 。
第二 ， 热力学第一定律就是因为有了态函数 ， 建立了数学表达式 ， 才成功地解决了很多实际问题 。
首先 ， “数学本身就是一种语言” ， 这是著名物理学家吉布斯的名言 。
其次 ， 数学是地球上唯一的通用语言 ， 通天塔的故事告诉我们 ， 人类有一种通用语言是多么重要 。
知识 ， 只要能够写成数学公式 ， 全世界、所有人 ， 不管他们讲什么语言 ， 只要想 ， 都可以进行研究和探索 。
再次 ， 数学也是最严谨的科学 ， 一是一 ， 二是二 ， 最容易判断对错 。
最后 ， 数学也是最简洁的语言 ， 曾经有个问题 ， “如果地球毁灭了 ， 我们怎么能够在一张名片上写下地球文明的全部精髓 ， 让其他文明知道我们曾有过这个文明呢？ ”
原腾讯副总裁、计算机科学家、畅销书作家吴军给出的答案是三个公式：
1+1=2（代表了数学文明）
E=mc2（爱因斯坦的质能方程）
S=klnΩ（玻尔兹曼熵公式）
所以 ， 伟大的笛卡尔有个梦想就是 ， 把哲学变成一种万能数学、变成科学 ， 经过严格推理 ， 一切都可以从最简单的基本概念演绎出来 。
还记得坤鹏论在《涌现告诉我们 ， 简单做起＋傻傻地坚持 ， 突变必然会来！》提到的古希腊哲学家毕达哥拉斯 ， 正是他最早提出了数字是万物的本原 ， 数是宇宙的真正奥秘和组成部分 。
后来还有诸如：
英国哲学家罗吉尔·培根说 ， 数学是所有科学的基础 。
库萨的尼古拉表示 ， 上帝创造世界并不是无计划的 ， 而是遵循着一种数学原则 ， 要想认识宇宙 ， 必须用数学原则观察事物 。
笛卡尔基于能量守恒认为 ， 整个物理学可以用严格的数学方式 ， 以广延、运动和静止这三个概念为基础来构建自身 。 并且 ， 世界万物 ， 包括生命体的发展 ， 都可以用这几个基本概念去做数学的和机械的解释 。
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