玻爾茲曼公式

玻爾茲曼公式,用來表示系統無序性的大小,是分子運動或排列混亂程度的衡量尺度。

1854年德國科學家克勞修斯首先引進了熵的概念,這是表示封閉體系雜亂程度的一個量。熵是希臘語“變化”的意思。這個量在可逆過程不會變化,在不可逆過程會變大。正像懶人的房間,若沒有人替他收拾打掃,房間只會雜亂下去,決不會自然變得整齊。生物也離不開“熵增大法則”,生物需要從體外吸收負熵來抵消熵的增大。
1877年,玻爾茲曼用下面的關係式來表示系統無序性的大小:S∝lnΩ。1900年,普朗克引進了比例係數k,將上式寫為S=klnΩ。該公式後來刻在玻爾茲曼的墓碑上,這就是第九個表彰的公式——玻爾茲曼公式。k為玻爾茲曼常量,S是巨觀系統熵值,是分子運動或排列混亂程度的衡量尺度。Ω是可能的微觀態數。Ω越大,系統就越混亂無序。由此看出熵的微觀意義:熵是系統內分子熱運動無序性的一種量度。用牛頓力學來解釋物體內每一個分子的運動實際上是不可能的,玻爾茲曼運用統計的觀念,只考察分子運動排列的機率,來對應到相關物理量的研究,對近代物理髮展非常重要。由於觀點新穎,一開始不為許多著名學者接受,玻爾茲曼為之付出了巨大代價,成為他個人悲劇(自殺)的重要原因。

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