Re: [請益] 為何光速乃宇宙中最快速?

看板Physics作者pipidog (如果狗狗飛上天)時間13年前 (2012/10/13 07:52)推噓4(4推 0噓 3→)

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不好意思,繼續糾纏一下這個問題,因為有人問起下面這句話怪在哪? "我對訊息進行了某種操作,可是訊息卻毫無流失,這意味著在F=U-TS的過程中, 內能的變化完全等於自由能的變化.這顯然怪怪的" 意思是,內能全部轉成自由能為什麼要覺得怪怪的? 我判斷問題的癥結應該是,對"自由能"的意義不了解. 所以乾脆趁機講一下自己對Gibbs自由能, Helmholtz自由能,還有焓(enthalpy)三者的理解好了. 他們的定義分別是: G=U-TS+PV, F=U-TS, H=U+PV 講起他們的意義,解釋起來都滿多的,但不外乎就是兩大類,第一類就是純數學的,從Legendre變換來講,把他們純粹當成一種數學上的過程.另外一種就是用他們的微分形式來解釋,說他們的意義就是當你在進行某種過程的時候, 要求某一樣東西為極值.大概都是如此.好多年過去了,我也都是這樣認為的, 我甚至跟一些作化學的同學談起這些化學勢的意義,他們給我的答案也差不多. 但我的感覺總是不滿意,感覺這些化學勢裡面沒有物理.對於他們為什麼叫做自由能,我仍然還是一頭霧水. 一直到後來慢慢的在很多場合看到他們,才開始覺得這些化學勢有其物理存在. 不管是G,F或是H,一言以蔽之,他們都是再度量你的"有序能量"! 什麼意思呢,所謂的有序能量,指的就是可以形成"負熵"的能量.或者用我之前的語言講,就是可以形成"資訊"的能量. 什麼意思呢,好比說我對一個系統做功,希望這個系統可以產生可用的能量 (也就是有序的能量,例如讓單車往前動,而不是原地散亂的打轉).那麼從我身上產生的能量,這就是U,這個U要供給到我做用的系統,是不可能百分百轉換的,這中間會因為熵增,使得我做的功在轉換的過程中被耗散掉TS. 所以我能傳到機器上的能量有多少呢? F=U-TS. 這個F才是最終作用在腳踏車身上,使得腳踏車"有序的向前進"(負熵態)的能量.(注意!雖然局域的的來講, 腳踏車這個系統是負熵,但是整個系統,也就是補上我流失的無序化能量之後, 還是熵增的) 這個TS可以稱做束縛能,或者耗散能,或者熵能. 他們是你從一種有序能轉換成另一種有序能的過程中,會不可避免的因為熵增,導致真正能轉換的能量有限. 只有那些真正被轉換過去的能量才是可以自由使用的.這就是為什麼叫"自由能". 同樣的道理,我們來看到H跟G就很明白了. 如果我們在能量轉換的過程中,涉及了體積還有壓力的變化,我們的U可能會變多,也可能會變少,如果是外界對系統做功,那麼我們就多出了PV(當然,他們的變化也可以是負的,這樣就是輸出能量) ,所以可以被拿來轉換得能量就是U+PV,這就是H.和內能U不同,H等於是內能+外能同樣的,我們要轉換成另一種有序的能量,一樣要克服熵增的問題,所以最終可以拿來自由使用的有序能就是G=H-TS. 這樣講化學勢不曉得有沒有比較物理一點. 簡單的說,熱力學的核心問題就是我想把能量從形式A轉成形式B.(例如蒸氣轉成火車動力). 這過程中一定會有能量的進出,另外還會有能量無序化造成的損失-TS.所以最終可以變成火車動力的那些可自由使用的有序能量就是自由能.因此教科書上常講的是,系統的自發反應 ,總是趨向讓自由能最小,我們在做很多晶格常數的計算的時候,也確實在尋找怎樣的常數可以讓自由能最小,為什麼? 自由能最小,指的不就是F=U-TS中,要讓TS 最大嗎?這是啥?這不就是要挑一個熵增最大的結果嗎? 啥意思? 亂度最大! 那個晶格常數能讓系統的亂度最大,哪個常數就是贏家! 最後再回到那句話怪在哪的問題上. 如果一個系統的內能可以全部轉換成自由能. 這是什麼意思? 這就是說,我的內能U可以百分之百的轉換成另一種能量形式F,而中間完全沒有無序化的過程.這叫什麼? 這叫做"永動機!" 所有永動機,他們的騙局都在於,他們宣稱可以他們可以使TS這項的貢獻=0! PS.最有名的永動機是啥? Maxwell的幽靈! 因為他宣稱他可以知道分子的速度, 而不需要作功. 換言之,測量分子的速度這個動作,沒有能量被無序化的流失.TS的效應=0! 所以Maxwell的幽靈,本質上就是一台永動機!當然只能胎死腹中! 同樣的,我前面舉的例子,把資訊從A用超光速直接傳遞到B,過程中不必經過熱平衡 ,換言之,沒有TS這項,這不就是另一隻Maxwell的幽靈嗎? 從有序無序的觀點來看化學勢,不曉得物理是不是有更清楚一些? -- ★人生中最溫暖的夏天是在紐約的冬天★ -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 169.237.42.217 ※ 編輯: pipidog 來自: 169.237.42.217 (10/13 08:17)

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Lindemann

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