三 熵与时间方向

这里，热力学第二定律的表述总是涉及一些具体过程，或者第二类永动机，这不能令人满意，人们期望有更普适、更简洁优美的定量表述。如同热力学第零定律确定了态函数温度，第一定律确定了态函数内能，我们能不能用一个新的函数来描述第二定律呢？这就是克劳修斯引入的一个态函数S，取名为熵（Entropy），熵在希腊文里表示“变化”，同时它和能量读音相近，以表示这两个态函数物理含义相似。

尽管克劳修斯是通过可逆过程引入熵的概念，但是热力学绝热不可逆过程的初态和终态之间存在着差异性，也就是说过去和未来是不同（不对称）的，这和经典力学可逆的时间观念（反演对称）针锋相对。我们可以对任何系统，比方说对燃料、锅炉、平台、蒸汽机等，确定函数——熵。克劳修斯论断：对于一个封闭系统，①可以确定一个函数S；②在任何物理过程中，这个函数S的值始终是增长的。

这样，孤立系统内发生的可逆过程不改变系统的熵；而不可逆过程总是使系统的熵增加，直到最大值。因此，熵增加原理给出了不可逆过程方向性一个明确的物理学判据，时间箭头总是指向熵增加的方向。这是一个意义深远的发现，克劳修斯也没有料到他引入的这个有些神秘的概念后来会在科学界引起一系列革命性的变革。

当时同熵概念联系在一起的那些伟大的思想还只是朦胧地存在于一些“先知”的哲学思辨之中，但这个观念却以一种浪漫幻想的色彩激起另一种强烈的社会反响，这就是当时在欧洲广泛流行的“宇宙热寂说”。似乎宇宙中的恒星正在不断地耗尽它们的氢燃料，慢慢变成白矮星、红巨星，不断地把热量传到整个宇宙，直至最后所有的恒星都会熄灭，整个宇宙将处于“不太冷”也永无止境的黑暗中。当时一个自由派的英国诗人曾这样描绘热寂：

在那永恒的黑夜，

只有无尽的梦幻。

熵这个如此富于革命性的思想却在欧洲有教养的阶层产生一个悲观消极的结论——“宇宙热寂说”。