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| 通向麦克斯威妖之路 | 发布于:2015/03/15 | |
| “时间之箭”是现代物理学中一个令人困扰的问题，它导致日常遇到的种种不对称性现象，例如把牛奶与咖啡混合很容易，但是把这个混合物重新分离极难做到。把一个玻璃杯摔碎很容易，但是把碎片重新整合成玻璃杯，几乎是完全不可能的。人总是越来越老，木材很容易烧成炭，凡此种种现象都是明显不可逆的。物理学家用热力学第二定律成功地描写这些宏观现象。但是人们发现这个定律与经典力学相矛盾。只有借助于在概率的基础上建立的统计力学才提供了理解这些现象的可能性。 1871年英国著名物理学家麦克斯韦在给朋友的信中提出一个称为“麦克斯韦妖”（Maxwell Demon）的非常有趣的物理设想，用来作为违反热力学第二定律可能性的一个反例。设想有一箱密封气体，被一个板隔离为两部分，一半温度较高，一半温度较低。如果拿走隔板，冷热气体会自然混合，最后会得到均匀混合的气体，温度介于原来的两个温度之间，这是符合热力学定律的。现在假设，隔板上开一个小孔，有一个“小妖”来控制它的关闭和开启。对从左边箱子来的分子，“小妖”只让运动速度很快的通过，反之，对于从右边来的分子，只允许速度较慢的通过。这样，左边箱子里的气体将不断变冷，右边箱子里的气体将不断变热。原本温度均匀的两半，就会由于麦克斯韦妖的作用，使得左边的温度比右边低，于是违反了热力学第二定律。 作者在本书中提供了统计力学的一种新的概念基础。它展示了热力学与力学之间的缝隙是如何发生的，以及怎样才能弥合。本书的结论是，热力学不是一个普适的理论，它仅对于一些特殊的情况成立，而对于著名的麦克斯韦妖这类情况，它肯定会被推翻。时间的不对称现象可以被统计力学成功地预测。然而，这一理论的基础是不稳固的。在这本书中，作者在这种新的概念基础之上发展统计力学，尝试处理这些困难问题。他们解释了宏观态、概率、测量、记忆等概念和统计力学中的时间之箭，得到了惊人的结论：麦克斯韦妖，著名的永动机，是与基本的物理定律一致的。对于统计力学基础长期存在的一些问题提供了新的解决办法。 全书共分成13章，它们是：1. 引言；2.热力学；3. 经典力学；4.时间；5. 宏观态；6. 概率；7. 熵；8. 典型性；9. 测量；10. 过去；11 Gibbs； 12. 擦除；13. 麦克斯韦妖。 本书是一本高水平的学术专著，而不是一本教材，作者们使用新发展的概念工具，对于统计力学提供了一个新的哲学视角，力求解决物理学的一些基本问题。他们在不放弃深度下尽可能地避免复杂的数学处理，而采用新的图解方式来辅助内容的阐述。对于那些对物理学基础和哲学感兴趣的研究人员和研究生这是一本引人入胜值得一读的参考书。 丁亦兵，教授 （中国科学院大学）来源：国外科技新书评介 |
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