学术活动

走近神奇的熵世界——名师导学讲座之四

 

    十月的最后一天,地科楼报告厅,著名物理学家邢定鈺院士给我们做了一场名为《神奇的熵世界》的精彩讲座,让大家领略了神秘的熵的魅力。讲座结束后,邢院士还热心地回答了同学们的问题。    本次活动由伟德国际1946官网王炜经理主持。王经理一番简短介绍后,精神矍铄的邢院士健步走上讲台,自谦只是物理学院一位普通教师,博得一阵掌声。由此,我们认识到谦虚是一种大师风范。    邢院士在讲座一开始先介绍了bv1946伟德官网固体微结构物理国家重点实验室的相关情况。bv1946伟德官网固体微结构物理国家重点实验室建立于1984年,是国家首批10个重点实验室之一,在历年实验室评估中都被评为优秀,并多次位列第一。1997年,英国《自然》杂志在一篇反映亚洲各国实验室发展情况的文章中称bv1946伟德官网固体微结构物理国家重点实验室“已经接近世界级水平”。如今,bv1946伟德官网固体微结构物理国家重点实验室积累了以12名院士和12名首席科学家为代表的一批学术骨干,积极进取,锐意创新,不断走在学术研究的最前沿。    接着,邢院士开始了神奇的熵世界的介绍。他以英国作家史诺的一句名言(“人文科学家不懂热力学第二定律,就像科学家没读过莎士比亚一样悲哀。”)引出了“熵”这一概念的提出背景:热力学第二定律。在蒸汽机革命时代,法国工程师萨迪卡诺提出了“卡诺循环”(后人指出此循环就是理想状态下熵保持不变的循环),并进而探讨了能量的转换形式。物理学家焦耳在卡诺的基础上,提出了热力学第一定律:能量守恒与转换定律。然而,这个定律并未涉及能量转换的过程能否自发进行以及可进行到何种程度。热力学第二定律就弥补了这一不足。    1865年,德国物理学家鲁道夫克劳修斯首次提出了“熵”(Entropy)这一概念。词根tropy代表“变换”之意,词缀en代表“能量”之意。南京东南大学教授胡刚复在翻译时,根据商式公式和能量要素巧妙地将其翻译成为“熵”——由此,“熵”的世界终于为人所发现,令无数人着迷。熵是不可逆过程的方向与限度的一种定量表示,熵越低,越有秩序;熵越高,越无序。邢院士解释说,热力学第二定律其实就是孤立系统下熵恒增定律。熵的增加意味着有用能量的减少。邢院士进一步指出,有序能量自发转化为无序能量,而无序能量要满足一定的条件才能转化为有序能量。更进一步,波尔兹曼1877年用“熵”来衡量无序程度,并建立了著名的波尔兹曼方程:S=kBxlnw ——在维也纳中央花园波尔兹曼的墓碑上,只刻着这短短的一行公式,这足以代表其伟大的一生。波尔兹曼第一次将“熵”与统计概率联系了起来,并影响了物理学一个重要分支的建立:统计物理学。统计物理学认为,宏观分布是对概率最大的微观分布的一种反应。由此,出现了“信息熵”的概念。信息熵由美国著名数学家香农提出,表示事物的不确定性、对系统的无知度以及信息量的缺失。信息的真实准确程度可以用“信息熵”的大小来衡量。    物理学中有熵,统计学中有熵,生物学中有熵,社会学中也有熵……邢院士的精彩讲座让我们大开眼界,领略了科学的魅力。                                                                                                       (陈浩)

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点击次数:56 更新时间:2012-11-01【打印此页】【关闭】