结构推理 热力学第二定律能适用于我们这个宇宙.例如:(1)热量自发地从高温物体流向低温物体.按照傅里叶定律,温度差越大传递的热量越多.另外,任何物体的因此在有限范围内可以达到热平衡.假如另有一个宇宙,它的热力学第二定律正好与我们这个宇宙相反,即热量自发地从低温物体传向高温物体,你能够想像出该宇宙中的一些情况吗?(2)在我们这个宇宙中,气体受到压缩时体积总是变小的,等温压缩系数是正的,即 而且气体总是自发地从高压流向低压的.压强差越大,气体流动也越快,在不受外界影响的条件下,气体最终总能达到平衡.假如在另一个宇宙中,气体是自发地从低压流向高压的,你也能想像出该宇宙中的一些情况吗?试问在违反热力学第二定律的世界中生物能否生存?由此去体会第二定律是自然界的普适规律.
【正确答案】(1)在的情况下,热量自发地从低温物体流向高温物体的宇宙是不可能存在的. 因为假定这样的宇宙存在,考虑在宇宙中有温度比较接近的两个物体A和B.若A的温度比较高,B的温度比较低,热量将要从B自发地流向A.由于,B的温度将要进一步降低,而A的温度将要进一步升高,A与B的温度差将扩大.按照傅里叶定律,温度差越大传递的热量越多,因而A和B的温度将分别更加快地升高和降低.这样的过程将会无限制地进行下去,一直到A的温度趋向非常大,B的温度趋向绝对零度. 由于宇宙中任何物体之间都会存在温度差,因而都会有热传递,其总的结果是:宇宙中只存在无穷大和绝对零度这两个极端温度,这样的宇宙还可能存在吗? (2)同样,气体自发地从低压流向高压的宇宙也是不可能存在的.因为它与等温压缩系数 (1) 这一基本实验事实相矛盾. 例如,假定宇宙中有一个局部,它由A和B两部分组成,A的压强比较大,B的压强比较小.显然气体将要自发地从低压处流向高压处.结果A的压强将更大,B的压强将更小.按照(1)式,对于A,由于因而,A的体积将要缩小,A的气体将变稠密. 同样的,对于,因而,B的体积将要扩大,B气体将变得更稀疏.A,B之间压强差的增加又更进一步使得气体从B流向A,从而使得A的气体分子越来越多,A的体积也越来越小,因而A气体变得越来越稠密;B气体分子越来越少,B气体体积越来越大,因而越来越稀疏.最后B中气体分子全部流到A中,B变为几乎占有整个体积的真空状态, 而A变为几乎在一个点上集中了所有分子.另外,由于A与周围其他气体之间也会有压强差,其他地方的气体分子也会自发地从低压流向高压.流动的结果仍然是:压强低的那部分变为体积非常大的真空状态,而压强高的部分却变为非常稠密的一个点.最后整个宇宙的所 有粒子都全部集中在一个奇点上,而宇宙的其他部分却是没有任何粒子的真空状态.显然这样的宇宙是不能存在的,生物更不可能生存,因而气体自发地从低压流向高压也是不可能的. 从以上的分析可以知道,我们这个宇宙必须是能够严格地满足热力学第二定律的宇宙.
【答案解析】