自发熵减少及其统计公式

世界为何能抵抗熵增加定律而涌现自组织结构?孤立系统的熵是否永远只增不减?热力学退化和自组织进化可否统一,如何统一?本文从非平衡熵演化方程出发,论证内部有相互吸引力作用的非平衡系统可能会自发涌现一种新的熵减少,它与传统的熵增加定律共存,互相抵消,结果导致孤立系统的总熵可能减少,从而不仅使孤立系统亦促进开放系统涌现自组织结构。本文推导出这种新的熵减少率的统计公式,并从数学形式和微观物理基础两方面与作者前些年得到的熵增加定律的统计公式作了对比;进而给出孤立系统和开放系统的总熵变化率公式,前者由熵增加定律公式和新的熵减少率公式相加决定,后者为熵增加、熵减少和熵流出3项的代数和,二者都显示了热力学退化和自组织进化的统一。应用本文理论公式,定性地讨论了两个实际孤立系统不均匀结构的形成,包括对宇宙热寂推论的澄清。

熵产生率公式及其应用

导出了 6N维和 6维相空间的熵产生率 ,即熵增加定律的一个统计公式 :P =kD (Δqθ) 2 ,即熵产生率P等于扩散系数D、离开平衡率θ的空间梯度平方的平均值与Boltzmann常数k三者之乘积 .指明非平衡系统的宏观熵产生是由其微观状态数密度在空间随机地不均匀离开平衡引起的 .作为公式的应用 ,研究了气体自由膨胀、布朗运动及固体变形和断裂三个非平衡态课题 ,给出了它们的熵产生及其一次和二次时间变化率 ,得到了不可逆过程的系统内对应的微观结构变化是不均匀的推论 .进而导出了熵产生率正比于其概率流的特殊的定态公式 ,计算了原子定向扩散和分子马达两个定态课题的熵产生率 .所有理论结果或与实验相符或在物理上是满意的 .