朱曙華
(湖南理工學(xué)院, 湖南 岳陽 414006)
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朱曙華
(湖南理工學(xué)院, 湖南 岳陽 414006)
介紹了熱力學(xué)熵概念的內(nèi)涵及熵增加原理, 倡導(dǎo)“低熵生活”的生活理念, 進(jìn)而提出一些實(shí)施‘低熵生活”的具體措施.
熵; 熱力學(xué)第二定律; 熵增加原理; 低熵生活
“熵”是熱力學(xué)中表征物質(zhì)狀態(tài)的一個(gè)參量, 用符號(hào)S表示. 物理學(xué)上指熱除以溫度所得的商, 標(biāo)志熱量轉(zhuǎn)化為功的程度.
在熱力學(xué)中, 一般用增量定義為dS=(dQ/T)可逆, 式中T為物質(zhì)的溫度; dQ為該過程吸收的熱量. 下標(biāo)“可逆”表示這個(gè)過程是可逆的. 若過程是不可逆的, 則dS>(dQ/T)不可逆.
從微觀上說, 熵是組成系統(tǒng)的大量微觀粒子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)無序度的量度, 系統(tǒng)越無序、越混亂, 熵就越大.
熵, 從另外一種角度理解, 它可以表示任何一種能量在空間分布的均勻程度. 一個(gè)系統(tǒng)的能量分布得越均勻, 該系統(tǒng)的熵就越大. 如果能量完全均勻分布, 那么, 這個(gè)系統(tǒng)的熵就達(dá)到了最大值.
因此, 克勞修斯說, 自然界遵守的一個(gè)普遍規(guī)律是: 能量密度的差異傾向于變成均等. 換一句話說就是: 熵, 永不減少.
從環(huán)境保護(hù)的角度理解, 熵其實(shí)就是通常所說的“污染”.
今天, 人類在高科技背景下, 有些人追逐財(cái)富已達(dá)到了狂熱程度, 人們創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富所投入的能量,也已達(dá)到了歷史上的最高程度, 由此產(chǎn)生的 “熵”對(duì)自然環(huán)境系統(tǒng)和社會(huì)環(huán)境系統(tǒng)也造成的破壞也差不多達(dá)到了閾值. 其實(shí)任何建設(shè)、任何生產(chǎn)都是一種資源消耗. 無論在地球上的任何地方進(jìn)行有序建設(shè), 都必須以有效能量消耗及對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生更大的污染為昂貴代價(jià). 因此任何低質(zhì)量的粗制濫造, 任何反反復(fù)復(fù)的重復(fù)建設(shè)都是浪費(fèi)資源, 都是污染環(huán)境. 對(duì)于能熵原理的莊嚴(yán)告誡, 我們必須要有清醒的認(rèn)識(shí).
事實(shí)上, 我們看到風(fēng)華城市的同時(shí)也看到了垃圾圍城, 我們看到了恣意生活、狂掠資源的同時(shí)也看到了能源枯竭、水土流失……要改變這種趨勢(shì), 需要人類從根本上改變世界觀、生活方式和行為方式, 發(fā)展“低熵工業(yè)”、“低熵農(nóng)業(yè)”, 過“低熵生活”, 為維系人類生存、為子孫后代珍惜有限的資源, 保護(hù)好生存環(huán)境. 如果人類毫無顧忌地為所謂的發(fā)展和進(jìn)步揮霍資源, 必將為此受到懲罰. 因此人類在謀取自然各種能源資源或進(jìn)行建設(shè)時(shí), 必須尊重能熵原理, 不能隨心所欲和廣取豪奪. 我們只能得到大自然所能給予我們的那一部分東西, 也只有這樣人類才能自然長(zhǎng)存, 若超過大自然所能給予的限度, 則會(huì)造成嚴(yán)重的生態(tài)危機(jī), 危及人類的生存. 因此我們得“低熵生活”.
低熵生活的科學(xué)根據(jù)是熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律. 熱力學(xué)第一定律即能量轉(zhuǎn)化與守恒定律,它告訴我們: “宇宙的總能量守恒. ” 熱力學(xué)第二定律即熵增加原理, 它告誡我們: “宇宙的總熵值恒增. ”這兩個(gè)定律內(nèi)涵非常深刻, 是普遍性的科學(xué)定律, 統(tǒng)治著物質(zhì)世界, 是科學(xué)中的重要定律. 我們可以統(tǒng)稱為能熵原理. 熱力學(xué)第二定律還揭示了: 局部的有序是可能的, 但必須以其他物質(zhì)的更大無序?yàn)榇鷥r(jià). 人類生存, 需要能量, 需要食物, 這就要以其它動(dòng)植物的死亡(熵增)為代價(jià). 而動(dòng)植物的生長(zhǎng)又是以太陽核反應(yīng)的衰竭(熵增)或其他形式的熵增為代價(jià)的.
人類依靠能量資源而生活、生存. 能熵原理則是關(guān)于能量問題的科學(xué)理論, 直接關(guān)系到人類的生活、生存和發(fā)展. 為了生存, 人從自然界獲取各種“能”及動(dòng)力, 以滿足人的各種需要. 這些行為無一不和“能量”有關(guān), 人與自然的關(guān)系歸根到底就是人與能量之間的關(guān)系. 能熵原理則制約著人與自然的關(guān)系. 然而這種制約關(guān)系的結(jié)論并不特別令人鼓舞. 能原理告誡我們: 地球上的能量資源是有限的, 一個(gè)國(guó)家的能量資源更是有限的. 熵原理則告誡我們: 我們用機(jī)器吸取能量做功為人類服務(wù), 必有部分能量浪費(fèi)并污染環(huán)境, 有效能量在開發(fā)應(yīng)用的過程中會(huì)不可逆地轉(zhuǎn)化為無效能量, 并同時(shí)增加世界的混亂無序度——熵.
低熵生活, 人們要改變生活方式, 從浪費(fèi)型向節(jié)約型轉(zhuǎn)變, 從貪婪地追求物質(zhì)享受到追求精神的豐富與環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)化, 這就是低熵生活的內(nèi)容與要求. 低熵社會(huì)的經(jīng)濟(jì)是必需品的經(jīng)濟(jì), 而不是奢侈品的經(jīng)濟(jì). 在低熵社會(huì)里, “節(jié)約”成為警世名言, “少花即多得”是至高無上的真理, 人們要深刻地認(rèn)識(shí)到: 占有多余物質(zhì)財(cái)富便不可彌補(bǔ)地減少了世界寶貴資源; 我們擁有的越多, 贏得的就越少. 人生的最終目的不是滿足一切物欲, 而是達(dá)到同大自然統(tǒng)一和諧的境界. 人類與大自然和諧相處的思想將取代“征服自然”的觀念.
低熵生活, 要求象中國(guó)這樣人口眾多的發(fā)展中國(guó)家只可能成為自行車王國(guó), 而不可成為摩托車王國(guó);只可能成為電風(fēng)扇王國(guó), 而不可以成為空調(diào)設(shè)備王國(guó); 只可能建設(shè)發(fā)達(dá)的公共交通公益體系, 而不可以建設(shè)闊豪的家用轎車的私家交通體制; 只可能建設(shè)眾多的多層建筑房屋, 而減少建設(shè)高層建筑房廈……我們要“辯證”地對(duì)待發(fā)展, 要重視“能熵原理”的告誡. 事實(shí)上, 發(fā)達(dá)國(guó)家也在追求低耗高效少污染的科技,也在“開源節(jié)流”求發(fā)展, 也在提倡節(jié)儉風(fēng)尚. 在美國(guó), 4.5噸煤創(chuàng)1萬美元價(jià)值, 而發(fā)展中國(guó)家需30多噸煤才能創(chuàng)1萬美元; 在荷蘭, 飯店飯桌上少有殘羹剩湯, 人們自覺注重節(jié)約不浪費(fèi)……. 因此, 為了人類的自然長(zhǎng)存, 現(xiàn)代每一個(gè)人都應(yīng)該提倡節(jié)儉的生活和自覺的簡(jiǎn)樸. 發(fā)揚(yáng)東方文明所倡導(dǎo)的節(jié)儉傳統(tǒng)美德. 低熵生活, 還需要廣泛使用太陽能、風(fēng)能等無污染的能源, 它把人們帶回到寧靜干凈不喧鬧的時(shí)代, 為我們的生活提供必要的消費(fèi)商品. 這些能源具有干凈, 充足, 無污染和取之不竭的優(yōu)點(diǎn), 是擴(kuò)散低熵能源, 而不是象煤, 石油等礦物那樣的集中高熵能源, 所以它不能適應(yīng)高度集中化的傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)方式, 不能為人口密集的大城市和高度集中化的工業(yè)提供大量的動(dòng)力和能量.
總之, 要實(shí)現(xiàn)低熵生活, 就必須站在環(huán)境倫理道德的高度上, 做到以下幾個(gè)方面: 一是確認(rèn)自然和人類的相互依存關(guān)系, 人類要尊重自然界的客觀規(guī)律, 善待人類生存的環(huán)境系統(tǒng), 遵循熱力學(xué)第二定律, 減少和延緩熵流積聚, 最終實(shí)現(xiàn)人類和生存環(huán)境共同存在和發(fā)展的愿望;二是繼續(xù)實(shí)行計(jì)劃生育, 主動(dòng)控制人口數(shù)量, 使之與自然環(huán)境的承載能力相協(xié)調(diào); 三是做到人性的自然回歸, 不搞“金錢至上”, 不把盲目追逐財(cái)富作為人生目標(biāo), 要“和諧生活”; 四是反對(duì)奢糜的生活方式, 綠色消費(fèi), 滿足于基本生活物質(zhì)需要,追求一種高尚的精神生活; 五是善待一切, 對(duì)大自然和社會(huì)永遠(yuǎn)懷著敬畏和感恩之心, 盡最大可能回報(bào)社會(huì).
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On the Life of Low Entropy
ZHU Shu-hua
(Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, China)
This paper introduces the connotation of the concept of entropy in thermodynamics and the Entropy Increase Principle, advocates “l(fā)ife of low entropy”, puts forward some measures on “l(fā)ife of low entropy ”.
entropy; the second law of thermodynamics; the principle of entropy increase; life of low entropy
N4
A
1672-5298(2012)02-0092-03
2012-02-11
朱曙華(1971- ), 女, 湖南平江人, 碩士, 湖南理工學(xué)院副教授. 主要研究方向: 大學(xué)物理與熱學(xué)教學(xué)