热力学一共有四大定律。
这四大定律是整个热力学的核心和基础。
世间的一切热现象都可以用它们解释。
第零定律由卢瑟福的女婿福勒提出。
“如果两个热力学系统均与第三个系统处于热平衡状态，则此两个系统也必将互相处于热平衡。”
第零定律很符合人类的直觉，类似于数学上的x=z，y=z，则x=y。
没什么好说的。
第一定律经过了焦耳、卡诺等数位物理大佬才最终被完善。
“物体内能的增加等于物体吸收的热量和对物体所做的功的总和。”
不过它还有一个更经典的表述方式：
“热量可以从一个物体转移到另一个物体，并可以与机械能等其它形式的能量相互转换。”
“但在转换的过程中，能量的总值保持不变。”
将热力学第一定律推广到所有能量后，就形成了大名鼎鼎的“能量守恒定律”。
能量守恒定律是经过了长期的生产实践和大量的科学实验，最终才得以确立。
它是一条公理性质的定理，而且也非常符合人类的直觉。
能量守恒定律自从提出之后，经受了无数的挑战，最终屹立不倒。
哪怕是相对论和量子力学也颠覆不了这个定律。
热力学第三定律是由能斯特单人提出。
“不可能通过有限的步骤，使得物体的温度达到绝对零度。”
该定律的一个推论是，在绝对零度下，任何物体的熵变化等于零。
因为此刻组成物体的所有原子已经停止振动了。
注意，这里不要把零点能代入进来。
按理来说，哪怕在绝对零度下，粒子依然有微小的振动，具有的能量就是零点能。
但是它不被考虑在传统的温度定义当中。
后世很多人会纳闷，宇宙中既然有绝对零度-273.15℃这样的最低温度，那有没有最高温度呢？
嘿，还真有！
那就是普朗克温度，大约是1.4×1032K。
它是宇宙大爆炸的瞬间，所有物质和能量集中在一个点内所形成的温度。
这是一个无法想象的高温。
要知道，太阳的核心温度也才1500万K。
而人类目前能制造的最高温度是约5万亿K，离普朗克温度差的太远。
第零、第一、第三定律，从诞生之日起，都没经历过什么波澜。
因为这三大定律都非常符合人们的朴素感受。
只不过物理学家们用物理学的语言把它们以定律的方式表述出来，形成严密的逻辑。
哪怕是第一定律，虽然也有人质疑，但是无数次的实验都证明了其正确性。
这反而使得它更加深入人心。
而且，这三大定律在普通人中的知名度不高，很多人都没有听说过。
但是，热力学第二定律就完全不同了。
它应该是四大定律中最为著名的定律了。
在后世，第二定律是无数民科大神群雄争霸的战场。
无数天马行空的想象力在此碰撞，好不热闹。
而热力学第二定律之所以会引起这么多的关注，一切都因为三个字：永动机！
永动机分为两种：第一类永动机和第二类永动机。
第一类永动机是指在不消耗能量的情况下，机器持续做功。
这显然违背了热力学第一定律。
“又要马儿跑，又要马儿不吃草。”
这怎么可能嘛，与人们的常识就不相符。
比如达芬奇就曾设计过一个经典的永动机。
一个轮子里有很多金属小球，其中右边的重球比左边的重球离轮心更远。
那么，在两边重力不均衡的情况下，轮子就会一直转动。
很显然，这是不可能实现的。
因为达芬奇没有考虑到摩擦损耗的问题。
摩擦消耗的能量也是系统的一部分。
因此，第一类永动机很好识破，而且很快就没有人再研究了。
但是第二类永动机就不同了。
首先，它是符合热力学第一定律的。
其次，它虽然违反了热力学第二定律，但是第二类永动机本身非常具有迷惑性。
第二类永动机是指机器从单一热源吸收热量，并且全部转换成功。
乍一看，这似乎没什么问题啊。
第二类永动机完全符合能量守恒定律，只不过热功转换效率是100%而已。
虽然这个效率确实太高太完美了，自然界很难见到。
但很难并不意味着没有。
比如，正反物质湮灭的效率也是100%啊。
这说明宇宙并不禁止转换率100%的行为。
因此，很多人都在追求第二类永动机。
他们认为现在造不出来只是技术没达标，以后肯定能实现。
19世纪当时的人们也是这样想的。
很多人甚至物理学家都希望推翻第二定律。
因为一旦推翻，就意味着实现第二类永动机成为可能！
人类将获得永不枯竭的能源！
这是何等令人心潮澎湃的伟大突破啊！
在后世，有人做过测算。
地球表面共有10亿立方米的海水。
以海水为单一热源，哪怕仅仅把海水的温度降低0.25℃。
那么放出的热量转换成的电能，将足够人类使用一千年。
这还要啥核聚变啊！
跑步进入......
因此，当李奇维提出“热力学第二定律一定正确吗？”的疑问时。
所有人都震撼了。
“哦！上帝啊！布鲁斯教授不会是想推翻第二定律吧？”
“这真的可能吗？”
“课本上说的很明确，热力学第二定律也经过了很多实验验证，应该不可能错吧？”
“有什么不可能，牛顿力学都被布鲁斯教授推翻了，第二定律又怎么了！”
“......”
众多学生兴奋不已，议论纷纷。
在他们心中，布鲁斯教授提出任何理论都不足为奇。
颠覆区区热力学定律，不在话下！
奥本海默、汪德昭等天才们也神色激动。
虽然他们内心认为第二定律不可能被打破。
毕竟它已经经受住那么多的实验了。
但毕竟是那个男人啊！
对方就是奇迹的代名词！
然而，郎之万、德布罗意等大佬们却相视一笑。
“布鲁斯教授肯定又在诈这帮学生了。”
“他应该是想借此提出麦克斯韦妖这个第三神兽吧。”
“它到现在都还没被解决呢。”
大佬们果然没有猜错。
在众人的期待下，李奇维笑着说道：
“我并不是第一个发出疑问的人。”
“在我之前，已经有很多物理大佬都产生过这样的质疑。”
“因为热力学第二定律太重要了。”
“它的内涵也太丰富了。”
“况且，它还和很多人心心念念的永动机相关。”
“在座的你们，估计大部分人并没有真正理解热力学第二定律。”
“今天借这个机会，我正好给你们讲一讲。”
“第二定理是参与物理学家人数最多，表述也最为复杂的热力学定律。”
“第一种表述，也叫克劳修斯表述。”
“即：热量不可能自发地、不付出代价地从低温物体转移至高温物体。”
“这是从热的传导方向来表述的。”
“比如，大家都喜欢的冰箱就是这个原理。”
“你想制冷，那么就必须使用额外的电能，把热量从低温的冰箱内部转移到高温的冰箱外部。”
“克劳修斯表述和我们的日常经验很符合。”
“比如一杯凉开水放在那里，它不可能越变越热，只会越变越凉，最终和环境温度一样。”
“第二种表述，叫开尔文表述。”
“即：不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其它影响。”
“这是从能量消耗的角度表述的。”
“开尔文表述也说明了第二类永动机是永远不可能实现的。”
“因为吸收的热量不可能全部变为功。”
“注意，这个表述并非是严格的理论推导，而是在大量实验基础上得到的经验性公理。”
“卡诺发明提出的热机效率理论，是其坚实的基础。”
“但正因为开尔文表述是在实验基础上发展而来的公理，所以很多人就认为它不一定完全正确。”
“这就是第二类永动机目前盛行的原因。”
“谁能发明第二类永动机，谁就推翻了热力学第二定律。”
哗！
台下众人眼神火热。
这个时代，热力学第二定律的正确性并不像后世那么根深蒂固，无人质疑。
哪怕在学术领域，也存在不少质疑。
“克劳修斯表述和开尔文表述是等价的，都代表了热力学第二定律的内涵。”
“这时，估计有人好奇。”
“咦，不是说麦克斯韦妖是和热力学第二定律有关吗？”
“怎么两大表述中没有出现麦克斯韦的身影呢？”
“别急。”
“这里，就要提到热力学领域另一个至关重要的概念：熵。”
“在我看来，一位对熵一无所知的人文学者，和一位对莎士比亚一无所知的科学家同样糟糕。”
“熵理论对于整个科学来说，或许都是第一法则！”
哗！
众人震撼！
他们想不明白，布鲁斯教授为何对熵有如此之高的评价。
“1865年，克劳修斯在研究热力学的时候，发现了一个新的宏观状态函数。”
“他用公式表示为dS=dQ\/T。”
“其中，T表示系统的温度，dS表示系统的熵变化，dQ表示系统熵变过程中的热量变化。”
“这个公式表示，如果系统的温度不变，那么加入系统的热量会导致系统的熵发生改变。”
“接着，克劳修斯突发奇想，他把熵的概念和热力学第二定律联系起来。”
“通过严密的数学推导，他得出第二定律的另一种表述形式：dS≥dQ\/T。”
“即，从熵的角度看，所有自发的热力学过程，都是不可逆的。”
“什么是可逆和不可逆呢？”
“如果一个系统从状态A出发，经过一个过程B，最后变成状态C。”
“这时，如果存在另一个过程B+，它能使得系统从状态C变回状态A，并且消除其它一切影响。”
“那么，我们就能说B是可逆过程。”
“否则，B就是不可逆过程。”
“按照克劳修斯的公式，大量粒子组成的热力学系统所经历的任何过程都是不可逆的。”
“举个刚刚说过的例子。”
“把一滴墨水滴入一杯清水中。”
“那么，你能在不产生其它任何影响的情况下，把墨水和清水分离吗？”
“显然，这是不可能的。”
“因为这是一个不可逆的过程。”
“有人说：不对，我有办法。”
“如果我有足够的能量和时间，能不能把墨水分子一个个找出来。”
“可惜，这是不行的，因为这耗费了能量，产生了其它影响。”
“类似的例子还有很多，比如破镜重圆等等。”
“克劳修斯提出的熵概念，极大地拓展了热力学的内涵。”
“它使得物理学家可以从另一个角度来思考热的传递过程。”
“紧接着，玻尔兹曼又从微观的角度重新定义了熵的该概念。”
“他认为熵是体系混乱程度的度量。”
“对于由大量气体分子组成的系统而言，熵就表示了系统内分子的混乱程度。”
“玻尔兹曼首次将系统的熵和概率联系在一起，阐述了热力学第二定律的统计性质。”
“这就是大名鼎鼎的玻尔兹曼分布。”
“而玻尔兹曼分布的基础就是麦克斯韦曾提出的微观粒子速度分布律。”
“在克劳修斯和玻尔兹曼的基础上，热力学第二定律有了新的称呼：熵增定律。”
“热量的传递和做功，统统转化为系统熵的变化。”
哗！
此刻众学生听的如痴如醉。
虽然他们都学习过热力学。
但从来没有像今天这样，一位大佬抽丝剥茧般给他们分析热力学四大定律的来龙去脉。
尤其是热力学第二定律，原来这么复杂！
此刻，李奇维继续说道：
“关于熵增定律的表述有很多种。”
“其中一个经典的版本为：一个孤立的热力学系统，它的熵永不减少。”
“所谓的孤立系统，是指与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统。”
“可以说，熵增定律在诞生的开始，就受到了所有人的不喜和质疑。”
“因为如果它是正确的，那么就意味着我们的宇宙将走向热寂。”
“因为熵增定律的一个推论是系统达到平衡态时熵最大。”
“如果把宇宙看成一个孤立系统，那么它的结局就是达到混乱程度最大的状态。”
哗！
众人忽然感受到一种冰冷的寒意。
仿佛是有一条真理在暗中安排着所有人的命运。
“然而，就在这时，麦克斯韦站了出来！”
