熵与热力学第二定律

不可逆过程

把一滴牛奶搅进咖啡,几秒之内它就无处不在,旋成了均匀的浅褐色。再有耐心地搅,也绝无法把它“反搅”回一颗干净的奶滴。这就是不可逆过程:一种自然地朝一个方向进行、且无法撤销而不在世界上留下某种永久痕迹的变化。

严格地说,如果一个过程发生之后,没有任何办法能让系统和周围环境双双回到它们确切的初始状态,那它就是不可逆的。每一个真实的、以有限速度进行的变化都或多或少是不可逆的——摩擦、骤然的膨胀、混合、热量越过真实的温差。它们每一个都生成了从前不存在的、新的熵,而这熵无法被“反生成”。

它为什么重要:不可逆性正是抽象的第二定律触及日常生活之处。它解释了发动机为什么浪费燃料、电池为什么会耗尽、我们为什么感到时间之箭指向前方。关键的对照是:可逆过程是一种无摩擦的理想,能一步一步倒着走回去;不可逆过程则总要“花掉”点什么,产生熵,并达不到可榨取的最大功。诚实的备注是:可逆性是那个达不到的极限——一切真正发生的事都是不可逆的。

让气体通过一个打开的阀门冲进真空(一种“自由膨胀”)。它涌出去填满空间,既不做功也不交换热量——可它的熵却上升了,因为分子如今有了大得多的活动空间。没有任何东西迫使它们回去;这就是连摩擦都看不见的不可逆性。

向真空的自由膨胀:没有热、没有功、没有摩擦,熵照样上升。

不可逆并不意味着不可重复或无法补救。你总能靠消耗能量把牛奶“分离”出来——但这样做会向别处排出更多的熵,所以宇宙的总熵从不回落。

又称
不可逆过程不可逆過程