【宇宙秘密】能量與熵 講座

【宇宙秘密】能量與熵 講座課程簡(jiǎn)介：

能量守恒定律

首先來(lái)重新認(rèn)識(shí)能量守恒定律，也叫熱力學(xué)第一定律。

能量守恒定律的官方定義：在一個(gè)封閉（孤立）的系統(tǒng)中，總能量保持不變。其中總能量指靜止能量（固有能量）、動(dòng)能、勢(shì)能三者的總量。

直白的說(shuō)：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不憑空消失，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移道另一個(gè)物體，而能量的總量保持不變。

變與不變

能量守恒定律已經(jīng)成為了物理學(xué)的一種堅(jiān)定信念，成為了描述自然界物理學(xué)語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則。在未知領(lǐng)域面前，能量守恒定律不是一個(gè)有待檢驗(yàn)的定律，而成為了我們?nèi)フJ(rèn)識(shí)未知世界的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

因?yàn)槟芰渴且粋�(gè)抽象的概念，當(dāng)我們有的能量形式不守恒的時(shí)候，意味著一定有一個(gè)未知的能量形式，而這種能量形式的量化方式，就可以通過(guò)能量守恒來(lái)定義。比如說(shuō)：當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)在有摩擦的系統(tǒng)當(dāng)中機(jī)械能不再守恒的時(shí)候，我們認(rèn)識(shí)到了摩擦產(chǎn)生的熱量是另外一種形式的能量，當(dāng)把熱量和機(jī)械能合在一起的時(shí)候，總的能量就會(huì)守恒。

當(dāng)我們把能量守恒作為一個(gè)更基礎(chǔ)定律的時(shí)候，也意味著我們從牛頓力學(xué)中關(guān)注變化”的視角，轉(zhuǎn)變成了關(guān)注不變”的視角，在變化中尋找不變。我們其實(shí)都習(xí)慣了關(guān)注各種各樣的變化，并且往往在變化中隨波逐流，但其實(shí)所有的變化都是由不變性來(lái)支配的。只有抓住不變性，才能用更睿智的眼光來(lái)清晰地洞察所有的變化，從而抓住機(jī)遇順勢(shì)而上。

啟發(fā)

一方面，能量守恒定律宣告了人類制造永動(dòng)機(jī)的美好愿望只是一種妄想，這個(gè)世界不存在一勞永逸的事情，持續(xù)的投入才可能有持續(xù)的產(chǎn)出。

另一方面，能量守恒定律提醒我們，看待一切問(wèn)題都要用更廣闊的眼光。

比如一個(gè)小球在一個(gè)粗糙的U形池里滾來(lái)滾去，這個(gè)過(guò)程當(dāng)然有動(dòng)能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)換，但是到了最后小球停在了最低處，動(dòng)能和勢(shì)能最后都轉(zhuǎn)化成了熱量。

動(dòng)能和勢(shì)能.jpg

也就是說(shuō)，當(dāng)你只關(guān)注你和你的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之間爭(zhēng)奪的時(shí)候，也許整個(gè)行業(yè)的能量都已經(jīng)流到了其它地方去了，你和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手最后一起死掉。同樣，面對(duì)自身的增長(zhǎng)，我們也要看到是否只是因?yàn)槟阏驹诹艘粋�(gè)能量流入的領(lǐng)域而已，其實(shí)可能你已經(jīng)落后于你的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手了。

能量不會(huì)憑空的產(chǎn)生，也不會(huì)憑空的消失，我們一定要有一個(gè)更廣闊的眼光來(lái)看到我們的事業(yè)，乃至人生的起起伏伏，這也會(huì)讓我們更有機(jī)會(huì)觸及到新的領(lǐng)域，甚至早日成為新領(lǐng)域當(dāng)中規(guī)則的制定者。

熵

先來(lái)看熱力學(xué)第二定律：不可能使熱量從低溫物體自發(fā)地傳遞到高溫問(wèn)題而不產(chǎn)生其它影響。還有一種表達(dá)，不可能從單一熱源吸收熱量使之完全轉(zhuǎn)化為有用功而不產(chǎn)生其他影響。

能量轉(zhuǎn)化的方向性是因?yàn)椴煌�能量的價(jià)值不同，這種價(jià)值是指什么呢？他是能量可以用來(lái)做功的一種可利用性，或者是轉(zhuǎn)化效率。顯然，熱能的價(jià)值就不如動(dòng)能，因?yàn)闊崃�學(xué)第二定律告訴我們，勢(shì)能如果用來(lái)做功還會(huì)產(chǎn)生其它的影響，不可能百分之百地把熱能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能。

能量不僅有大小之分，還會(huì)有價(jià)值的區(qū)別，在物理學(xué)中，我們用"熵"來(lái)定量地表示這種價(jià)值，熵越高說(shuō)明能量的價(jià)值越低。

能量的價(jià)值如何產(chǎn)生的呢？拿騎車舉例，當(dāng)汽車運(yùn)用的時(shí)候，他有一個(gè)確定的方向，每一瞬間他的運(yùn)動(dòng)都是沿著一個(gè)方向的。所有的原子都有一個(gè)相同的速度方向，我們說(shuō)這個(gè)時(shí)候整個(gè)汽車只有一個(gè)自由度，而汽車的動(dòng)能就是集中在這個(gè)自由度上。當(dāng)汽車剎車，動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能，熱能使是物理內(nèi)部所有分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，這種大量分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)在每時(shí)每刻都是沿著無(wú)數(shù)個(gè)不同方向的，也就是說(shuō)熱能其實(shí)是分配在多個(gè)自由度上的。

正是這種自由度的差別，造成了能量的不同價(jià)值。如果能夠把能量集中在一個(gè)自由度，那么這個(gè)形式的能量就更有價(jià)值，更能夠用來(lái)做功。就好像我們?cè)诠ぷ髦校�如果我們的公司能夠把能量、把資源集中在同一個(gè)方向，當(dāng)然不是說(shuō)所有人都來(lái)做同一個(gè)工作，而是說(shuō)都由同一個(gè)方向性的原則來(lái)指引，我們能能夠讓資源發(fā)揮更大的作用，產(chǎn)生更大的價(jià)值。

熵可以用來(lái)衡量一個(gè)系統(tǒng)中能量的價(jià)值。宏觀層,熵越大能量的價(jià)值越低，這時(shí)我們不用區(qū)分具體分子的系統(tǒng)分布來(lái)描述系統(tǒng)狀態(tài)，也叫系統(tǒng)的宏觀態(tài)；如果我們?nèi)�區(qū)分每一個(gè)具體的分子來(lái)描述系統(tǒng)的狀態(tài)，就要系統(tǒng)的微觀態(tài)。

一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)宏觀態(tài)都是對(duì)應(yīng)著多個(gè)微觀態(tài)。這意味著什么？ 例如，我們的房間里有各式各樣的東西，當(dāng)所有的東西都恰好放在他們應(yīng)在的位置時(shí)，整個(gè)房間都是有序的，我們想找任何東西都能很輕易的找到，也就是說(shuō)我們認(rèn)為的有序，就是只有一種可能性、只有一種狀態(tài)。 反之，當(dāng)我們要找一樣?xùn)|西，比如鑰匙，它可能在床底，可能在衣柜，甚至可能在垃圾桶的時(shí)候，他的可能性就太多了，對(duì)沃恩而言這就是一種無(wú)序，也就是說(shuō)，無(wú)序是由于有眾多的形態(tài)，眾多的可能性。因此有序只有一種，但無(wú)序卻有很多。很像常說(shuō)的一句話，幸福的人都一樣，不幸的人各有各的不幸。

能量是生成宇宙的一顆種子,能量編織了宇宙間的萬(wàn)物。熵是宇宙中秩序和生命的量度：宇宙有了秩序，才有了生機(jī)；宇宙的熵達(dá)到最大，其生命走到了盡頭。

課程目錄：

1能量守恒.mp4

2熵增定律.mp4

3反熵增.mp4

第二節(jié) 能量與熵ppt.pdf

第二節(jié) 能量與熵.pdf