浙江大学物理化学(甲)第三章(3).ppt

v克劳修斯和“热寂说”理论v普里戈津和“耗散结构”理论热力学的演变和启示1. 经典热力学的困惑如果宇宙是一个孤立系 统,根据热力学会得出什 么样的结论? 19世纪的物理学家在 思考这样一个问题:热力学第二定律指出,如果宇宙是一个孤立 系统,则宇宙的熵将不断自动增加热力学第一定律指出,如果宇宙是一个孤立系 统,则宇宙的总能量是一个常数熵是什么?熵是无序之源熵是能量之殇机械能热能转化,熵增加转化,熵减少大分子小分子分解,熵增加合成,熵减少时间是什么 ?在经典力学中, 时间只是一个与 运动有关的参数, 时间的反演是 对称的，过程是可逆的熵是时间之矢从热力学看人生就是一个从热力学看人生就是一个不可逆过程不可逆过程孤立系统达到熵极大的平衡态后,系统内部的温 度和压力处处相同,能量和物质处处均匀分布2. 热寂论的产生宇宙的熵趋向于极大宇宙越是接近 这个熵是极大的极限状态, 变化的能 力就越小;最后完全达到了这个状态, 那就任何变化都不会发生了,这时宇 宙就会进入一个永恒的死寂状态 Clausius--第二定律意味着整个宇宙最终将处 于温度均匀的状态，……自此以后 ，宇宙将陷入永恒的静止状态Helmholtz--放射到太空中去的热一定有可能通 过某种途径转变为另一种运动形式 ，它能够重新集结和活动起来。

Engels ---热平衡伴随着涨落现象，而后者 是不遵守热力学第二定律的 Boltzmann--3.热寂论的批判宇宙是一个孤立系统吗?宇宙有边界吗?4. 4. Clausius与Darwin的悖论19世纪的生物学家Darwin提出 了著名的生物进化论按照 Darwin进化论的观点: 生命的发生和物种 的进化，都是从低 级到高级、从无序 到有序、从简单到 复杂的变化Clausius的热寂论与Darwin的进化论描述了自 然界两幅截然不同演化图象,被称为Clausius与 Darwin的悖论因此19世纪有人认为物理世界和生物世界服 从于不同的科学规律,物理学和生物学之间存 在不可逾越的鸿沟deS: 称为熵流diS: 称为熵产生体系 diSdeS5. Schrödinger与生命热力学一个与环境存在物质和能量交换 的开放体系的熵变可以表示为:体系 diS在不可逆过程中，系统熵产生永远不会减少输入 低熵 的物 质和 能量输出 高熵 的物 质和 能量然而存在这种可能:根据热力学理论，若即在非孤立系统，只要有足够大的负熵流存在， 系统就可以维持一个熵不变的非平衡定态 则低熵物质 和能量 (C6H12O6,净水,O2)低熵能 量(太阳 光能）高熵能量 (体表散热)高熵物质 (CO2,其它排 泄物)生物的进化就是不断增进其复杂性 和组织化, 复杂性与熵有关, 而组 织化与信息有关。

Shannon --生命之所以能够存在，就在于 从环境中不断得到负熵 Schrödinger --根据Schrödinger理论，在非孤立系 统，只要有足够大的负熵流存在， 系统就可以维持在熵不变的非平 衡定态 定态的稳定性6. Prigogine与耗散结构理论失稳 突变在一定条件下,非平衡定态有可 能失稳发生突变, 并产生某种新 的结构Prigogine把化学钟和化 学波这类新的时空有序的结构称 为耗散结构离离原上草，一岁一枯荣野火烧不尽，春风吹又生 春桃夏荷冬梅秋菊化学钟控制的生命韵律在一定条件下,非平衡定态有可能失稳发生突 变,产生耗散结构这类新的时空有序结构也 可能失稳发生突变,产生混沌结构这类新的时 空无序结构输入 低熵输出 高熵突变无序体系有序体系生命之起源体系的参量耗散结构的分叉图进化的物理学稳定不稳定Prigogine的耗散结构理论沟通了Clausius的热寂论与 Darwin的进化论描述的自然界两幅截然不同演化图象 Prigogine的耗散结构理论证明了物理学和生物学之 间不存在不可逾越的鸿沟, 物理世界和生物世界服从 于相同的科学规律 Prigogine的耗散结构理论给予我们的最为重 要的启示是------- 对外开放和远离平衡是一切系统存在和发展 的必要条件。

自然的演化产生了试图理解它本身的人类，自然的演化产生了试图理解它本身的人类，人类是在用心灵和智慧去感受和领悟自然人类是在用心灵和智慧去感受和领悟自然人们把认识自然比作追求一种大彻大悟的境人们把认识自然比作追求一种大彻大悟的境界界, ,前人未能认识它前人未能认识它, ,后人也未必能完全了解后人也未必能完全了解它它, ,或许正因为如此或许正因为如此, ,那种渴望进一步那种渴望进一步了解自了解自然的激情永远也不会泯灭然的激情永远也不会泯灭。