熵减错觉的简明心理分析
熵减错觉的简明心理分析
abada
一个众所周知的常识是, 一个在引力场中封闭且绝热的单摆系统, 开始状态是单摆摆动, 但最终单摆会停止—- 单摆摆动的时候, 重力势能与动能不断转化, 但转化的效率不是100%, 而是一部分动能或势能(机械能)转化为无规则的分子热运动, 热能了. 这就是不存在永动机的热力学第二定律, 或熵增定律.
我们看,假如在引力场中封闭且绝热的单摆系统里, 有许多单摆, 初状态是在摆动, 而后逐渐都趋向于停止摆动了,那么, 同样,这个系统过程是熵增的, 机械能转化为热能了, 单摆最终都停止摆动了.
这个系统实际上与我说的浑浊的脏水孤立系统在引力场中变为澄清分层的系统过程, 完全是一样的. 但奇怪的是, 说单摆逐渐停止运动,很多人就可以理解是熵增, 而浑水澄清分层, 很多人就难以理解是熵增过程.
(问题:在地球上, 把一个脏水搅浑后封闭隔热后,设为0初始状态. 这个孤立系统在引力场中自发地逐渐澄清分层, 这个状态设为1状态, 问从0状态到1状态, 系统的熵是增加了, 还是减少了?)
完全类似的熵增过程, 一个是单摆垂下不摆了, 另一个是泥沙沉淀不往上窜了, 为什么熵增熵减的心理感觉会不同? 为什么人会有这个错觉?
我想, 这可能人受生物主观需要的影响. 人对分层澄清的水更有需要(人需要喝澄清的水), 但同时人又对单摆的摆动有需要, 比如观看, 定时等.
但科学是严谨的, 要把这些主观感觉去除, 按同样的物理定义和定理, 去理解类似的过程.
2009年5月11日于6:50 pm
有人帮我设计了这个模型:
把清水和称砣装在绝热容器里，初始时称砣用细绳悬吊。之后细绳老化自然断掉, 称砣沉底，重力做功，温度上升，系统熵增。
无论如何, 只要是封闭(包括把保守力外势场算上)且绝热的系统, 内部的熵规律都一样:熵增.
在这一点上看, 秤砣落下, 与单摆停摆, 或泥沙在水中沉淀, 并无二致.
2009年5月12日于9:26 pm
谢谢abada的好文。以下是我个人的观点。
泥水澄清的过程，用更通俗的语言来表达，就是：‘当把泥水混合物看做孤立体系，泥水澄清的过程表面看上去熵降低了，但实际上系统的熵是增加的。’
需要强调的是，我们‘看到的’熵的变化，其实不是系统熵变的全部。我们看到的熵的降低，其实是混合熵的减小。注意，混合熵仅仅是这个体系中总熵的一部分，其他部分涉及到振动熵，位形熵，电子熵等等。但澄清过程与电子熵无关。
泥水澄清的过程中存在着能量的转换，势能转换为热能，尽管总能量保持恒定不变。势能变成热能导致体系温度上升，这时系统的振动熵与位形熵也随之增加。当假设体系的热容不变，这部分熵增量很容易计算。
总之，体系总熵，是多种熵变西格玛（加和）的结果。
2009年5月13日于1:20 am
YDR说的有道理
2009年5月14日于2:11 am
万分感谢，澄清了一个极其含糊的物理问题。
2009年5月14日于2:15 am
一些教材，如秦永豪《热学》，上讲到热寂说的时候，说引力会引起熵减，我一直不以为然，但讲不清楚。不知楼主先生怎么理解？
2009年5月14日于2:59 am
关于”讲到热寂说的时候，说引力会引起熵减”
————————–
当引力导致恒星塌缩的时候, 会对外发出强烈的热辐射, 就象太阳光.
这个辐射散布到宇宙了. 所以太阳系不是孤立系统. 可能熵减—阳光把熵散布到整个宇宙了. 那么, 就要看宇宙是否是孤立系统? 体积如何变化? 这些问题导致热力学第二定律在星系和宇宙范围内是否成立, 有持续不断的争议, 尚无定论.
2009年5月14日于4:55 am
我也同意你的说法，只是这些教材好像煞有介事的明白了整个宇宙的熵改变，做些似是而非的解释，令人很不舒服。
2009年5月14日于8:43 am
建议大家在我们Entropy (http://www.mdpi.com/journal/entropy)发文章。
2009年5月14日于6:28 pm
如果有一天，我们知道如何‘控制’与‘利用’熵，或者知道如何通过‘利用’熵来‘控制’能量。或许，到这时候，对熵的理解才有了新的突破。