目录

  • 1 导论
    • 1.1 霍金其人
    • 1.2 霍金的主要贡献
    • 1.3 《时间简史》简介
    • 1.4 纪录片《时间简史》节选
  • 2 我们的宇宙图像
    • 2.1 万物理论与宇宙创生
    • 2.2 人类宇宙观的发展
    • 2.3 大爆炸理论
    • 2.4 霍金的物理理论观
    • 2.5 量子引力理论
  • 3 空间和时间
    • 3.1 亚里士多德与牛顿之争
    • 3.2 时间的秘密
    • 3.3 爱因斯坦火车
    • 3.4 光锥
    • 3.5 时空弯曲
    • 3.6 时间变慢
    • 3.7 时空观念的变迁
  • 4 膨胀的宇宙
    • 4.1 多普勒红移与宇宙膨胀
    • 4.2 宇宙是如何膨胀的?
    • 4.3 宇宙始于奇点?
  • 5 不确定性原理
    • 5.1 不确定性原理的提出
    • 5.2 关于量子力学的讨论
    • 5.3 纪录片《量子力学揭秘》节选
  • 6 基本粒子和自然的力
    • 6.1 基本粒子
    • 6.2 自然的力
  • 7 黑洞
    • 7.1 黑洞是如何形成的?
    • 7.2 落入黑洞将怎么样?
    • 7.3 黑洞中的奇点
    • 7.4 黑洞如何被发现?
  • 8 黑洞不是这么黑的
    • 8.1 熵与黑洞
    • 8.2 黑洞辐射
  • 9 宇宙的起源和命运
    • 9.1 宇宙的诞生
    • 9.2 有序世界的诞生
    • 9.3 人存原理
    • 9.4 暴胀理论
  • 10 时间箭头
    • 10.1 三种时间箭头
    • 10.2 关于时间箭头的猜想
  • 11 虫洞和时间旅行
    • 11.1 虫洞
    • 11.2 时间旅行
  • 12 物理学的统一
    • 12.1 大统一理论
    • 12.2 结论
熵与黑洞
  • 1 视频
  • 2 章节测验




什么是熵?


熵的概念是由德国物理学家克劳修斯于1865年所提出。最初是用来描述“能量退化”的物质状态参数之一,在热力学中有广泛的应用。但那时熵仅仅是一个可以通过热量改变来测定的物理量,其本质仍没有很好的解释,直到统计物理、信息论等一系列科学理论发展,熵的本质才逐渐被解释清楚,即,熵的本质是一个系统“内在的混乱程度”,一个系统的混乱度越高它的熵就越高,反之熵值越低。举个例子:一个环境温度20摄氏度,白水温度20摄氏度,蓝钢笔水20摄氏度。然后把蓝钢笔水滴一滴到白水烧杯中,你将看到慢慢的蓝钢笔水散开了,最后,整个烧杯的白水都变蓝了,而且是均匀的。熵——就是表达这样一个分布程度的量。你可以把蓝钢笔水看做是能量,把能量注入系统后,能量向均匀分布方向发展,这时候熵增大。

19世纪,物理学家开始认识到,世界的动力是能量,并且提出"能量守恒定律",即能量的总和是不变的。但是,有一个现象让他们很困惑。物理学家发现,能量无法百分百地转换。于是他们就将那些在能量转换过程中浪费掉的、无法再利用的能量称为熵。能量转换会让系统的混乱度增加,熵就是系统的混乱度。热力学第二定律表明,孤立系统总是存在从高有序度转变成低有序度的趋势。也就是说,如果不施加外力影响,事物永远向着更混乱的状态发展,此即熵增原理。比如,房间如果没人打扫,只会越来越乱,不可能越来越干净。如果是封闭系统,所有能量最终都会变成熵。