克勞修斯引入了熵的概念來描述(shu)這(zhe)種不可逆過程。
在熱力學中,熵是系統的狀態函(han)數,它的物(wu)理(li)表達式為(wei):
S =∫dQ/T或ds = dQ/T
其(qi)中,S表(biao)示熵,Q表(biao)示熱量(liang),T表(biao)示溫度。
該表達式的物(wu)理(li)含(han)義是:一個系統的熵等于該系統在一定(ding)過程中(zhong)所吸收(或耗散)的熱量(liang)除以它(ta)的絕(jue)對溫度。可以證明,只(zhi)要有熱量(liang)從系統內的高溫物(wu)體(ti)流(liu)向(xiang)低溫物(wu)體(ti),系統的熵就會(hui)增加:
S =∫dQ1/T1+∫dQ2/T2
假(jia)設dQ1是(shi)高溫(wen)物體的熱增(zeng)量,T1是(shi)其絕對溫(wen)度;
dQ2是低溫物體的熱增(zeng)量,T2是其絕(jue)對溫度,
則(ze):dQ1 = -dQ2,T1>T2
于(yu)是上式推演為:S = |Q2/T2|-|Q1/T1| > 0
這種熵增(zeng)是(shi)一(yi)個自發的不可逆過程,而總(zong)熵變總(zong)是(shi)大于零。
孤立系統(tong)總是趨向(xiang)于熵增,最(zui)終達(da)到熵的(de)最(zui)大狀(zhuang)態(tai),也(ye)就是系統(tong)的(de)最(zui)混(hun)亂無序狀(zhuang)態(tai)。但是,對開(kai)放系統(tong)而言(yan),由于它(ta)可(ke)以將內部能量交換產生(sheng)的(de)熵增通(tong)過(guo)向(xiang)環(huan)境釋放熱量的(de)方式轉移,所(suo)以開(kai)放系統(tong)有可(ke)能趨向(xiang)熵減而達(da)到有序狀(zhuang)態(tai)。
熵增的(de)熱(re)力學理(li)論與(yu)幾(ji)率(lv)學理(li)論結合,產生形而(er)上的(de)哲學指導意義:事(shi)物的(de)混亂程度越高,則其幾(ji)率(lv)越大。
現代科學還用信(xin)息這個(ge)概念(nian)(nian)來表示系統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)有(you)序程度。信(xin)息本(ben)來是(shi)通(tong)訊理論(lun)中的(de)(de)一(yi)個(ge)基本(ben)概念(nian)(nian),指的(de)(de)是(shi)在(zai)通(tong)訊過程中信(xin)號不確(que)定性的(de)(de)消除。后來這個(ge)概念(nian)(nian)推廣(guang)到一(yi)般系統(tong)(tong)(tong),并將信(xin)息量看作(zuo)一(yi)個(ge)系統(tong)(tong)(tong)有(you)序性或組織程度的(de)(de)量度,如(ru)果一(yi)個(ge)系統(tong)(tong)(tong)有(you)確(que)定的(de)(de)結(jie)構(gou)(gou),就意味著(zhu)它已(yi)經包含(han)著(zhu)一(yi)定的(de)(de)信(xin)息。這種信(xin)息叫做結(jie)構(gou)(gou)信(xin)息,可用來表示系統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)有(you)序性;結(jie)構(gou)(gou)信(xin)息量越大,系統(tong)(tong)(tong)越有(you)序。因(yin)此,信(xin)息意味著(zhu)負(fu)熵(shang)、反熵(shang)增或熵(shang)減。