热力学

简洁,功能强大,和一般的普通物理过程的时间不对称性逐渐拼凑的19世纪的发展过程中科学的热力学。

明显的时间不对称的各种物理系统总是出现宏观的;尤其是,他们大量的粒子组成的系统。因为这样的系统显然有独特的属性,大量的调查人员进行开发自治这样的系统的科学。凑巧的是,这些研究者主要关注的设计做出改进蒸汽机年代聚合感兴趣的,所以该系统对他们来说,和一个还经常呼吁在小学的讨论热力学,是一盒气体。

考虑哪些方面适合的描述像一盒气体。“无限可能”的这些帐户将位置和速度的规范和内部的所有粒子的属性构成了天然气和盒子。从这些信息,连同牛顿定律运动,所有的粒子的位置和速度在所有其他时间原则上可以计算,通过这些位置和速度,一切历史的气体和盒子可以代表。但计算,当然,是不可能麻烦。更简单、更强大和更有用的方式谈论这样的系统会利用宏观概念如大小、形状、质量,和框作为一个整体的运动温度、压力和体积的气体。毕竟,这是一个似法律的事实,如果一盒的温度气体提到足够高,盒子会爆炸,如果一盒气体挤压不断从四面八方,它将变得更难挤压变小。尽管这些事实从牛顿力学可推论的,可以系统化他们自我意识产生的一组自治热力学定律直接相关的温度、压力、和气体的体积没有任何参考粒子的位置和速度的气体组成。这门科学的基本原则如下。

首先,有一种现象叫道热。事情变得温暖和吸收热量的冷却器放弃它。热量是可以从一个身体转移到另一个。当一个很酷的身体旁边放置一个温暖,凉爽的一个温暖,温暖的一个冷却,这是由于热流的温暖身体的凉爽。最初的热力学研究人员能够建立,通过直截了当的实验和杰出的理论论证,热量必须能量的一种形式。

有两种方法,气体交换能源与周围环境:热(当气体在不同温度带进热联系)和机械形式,工作(当气体电梯重量推活塞)。因为总能量是守恒的,它必须是这样,过程中任何可能发生在气体,杜=DQ+DW,在哪里杜是气体的总能量的变化,DQ气体的能量收益从周围环境的热量,然后呢DW是对其周围环境的能源气体失去的形式工作。上面的方程,它表达了总能量守恒定律,被称为第一定律热力学。

热力学的原始调查人员发现了一个变量,称为熵,增加但从未减少所有的普通物理过程从未发生逆转。熵增加,例如,当热量自发从温暖的汤冷却空气,当烟自发地伸展在一个房间里,当椅子沿着地板减缓由于滑动摩擦随着年龄的增长,当纸黄色,当玻璃休息时间,当一个电池跑下来。的热力学第二定律州一个孤立系统的总熵(热能单位做有用的工作温度不可用)永远不会减少。

这两个法律的基础上,全面的理论宏观热力学性质的物理系统。然而,一旦确定的法律,解释或理解他们的问题的牛顿力学自然建议本身。它是由麦克斯韦在尝试的过程中,威拉德·j·吉布斯(1839 - 1903),亨利。庞加莱(1854 - 1912),尤其是路德维格·爱德华·玻尔兹曼(1844 - 1906)想象这样一个解释时间的方向的问题第一次来到物理学家的关注。

的基础统计力学

玻耳兹曼的成就是建议普通宏观经验的时间不对称的结果而不是粒子的运动规律(因为牛顿力学兼容的time-symmetrical物理过程的存在),但从这些粒子的总和的特定轨迹恰好是在换句话说,从世界的“初始条件。“根据玻耳兹曼,时间不对称中观察到普通经验的自然结果牛顿运动定律一起假设宇宙的初始状态有一个非常低的熵值,有一个概率分布在宇宙的不同的微观条件,兼容低熵的初始状态。

这种方法虽然是普遍赞赏作为理论的最伟大的成就之一物理,这也是很多不安的源头。首先,已经有一个多世纪的紧张和未解决的哲学争论概率的概念应用于最初的微观条件宇宙。什么意思可以说初始条件有一定的概率?通过假设,没有“之前”的时刻对哪一个说,“宇宙的概率条件下一个时刻将会因此也是如此X”。和目前的条件存在,最初的时刻,这些条件的概率无疑是等于1。第二,似乎是一件极其陌生,尴尬的解释策略的熟悉无处不在的时间不对称的日常经验的宇宙的初始条件。而这种不对称,像互惠气候变暖和变冷的身体热接触对方,似乎聚合物理定律的例子,初始条件的概念在物理学通常被认为是偶然的或或有否则,这可能是。

这些问题引发了一系列的调查替代方法,包括这位比利时化学家的建议Ilya Prigogine(1917 - 2003),宇宙没有一组初始条件但有多样性。每一个的努力,然而,已经与自己的困扰概念上的困难,没有赢得了广泛认可。