“熵”概念的提出者——[德国]克劳修斯(1822～1888)

　　在19世纪60年代，有人曾十分戏剧性地描绘了“世界末日”的情景：“宇宙越是接近于其熵为一最大值的极限状态，它继续发生变化的可能就越小；当它完全达到这个状态时，就不会再出现进一步的变化了，宇宙将永远处于一种惰性的死寂状态。”这就是轰动一时的“宇宙热寂论”。然而不久，“宇宙热寂论”就被科学证明是错误的。这个错误观点的提出者就是德国科学家克劳修斯，但是由他提出的“熵”的概念和热力学第二定律却是正确的。

　　年轻的大学教授

　　鲁道大•克劳修斯(Rudolf Julius Emanuel Clausisu)是德国物理学家、热力学奠基人之一。1822年1月2日，克劳修斯出生于现在的波兰科沙林。父亲是个有作为的小学校长。克劳修斯就是在他父亲创办的学校里接受了人生的启蒙教育。在小学里，克劳修斯是个聪明调皮的学生，尤其在数理方面有着与众不同的才能，而他父亲也就有意识地培育他这方面的兴趣和能力。小学毕业后，克劳修斯进入斯德丁中学继续他的学业，随后于1840年顺利考入柏林大学。在大学里，克劳修斯如鱼得水，学习非常努力，而且兴趣广泛。他一度对历史产生了浓厚的兴趣，准备从事历史研究，但又始终放不下对数理科学的钟爱。克劳修斯的父母和老师都积极支持克劳修斯在数理方面发展，认为他有这方面的天赋，克劳修斯自己也觉得真正喜欢的还是数理科学，因此，他最后还是决定选择数理研究作为自己的专攻方向。在柏林大学完成了大学学业以后，克劳修斯又进入哈雷大学，攻读主修数学和物理的哲学博士学位。1847年，克劳修斯获得博士学位，开始在柏林炮兵工程学院任教，担任物理课教师。

　　1850年，克劳修斯发表了一篇关于热的理论的论文，这是他第一次发表比较有分量的科研文章，但立刻引起了科学界的关注。在文中他提出的观点，后来被认为是热力学的第二定律。柏林炮兵工程学院对这位年轻的小伙子青睐有加，不久便破格聘他担任学校的教授职位，如此年轻便担任教授一职，这在学院还是第一次。但是克劳修斯在炮兵工程学院的任职时间并不长。1859年，他来到苏黎世工业大学，担任物理学教授。苏黎世工业大学给克劳修斯的研究提供了良好的环境。在这里，他全身心地投入到物理学的研究之中。克劳修斯研究的视野非常开阔，成就非凡，尤其在热力学方面，经过近10年的研究，他得出了热力学的“克劳修斯不等式”，随即提出了“熵”这一热力学上的重要概念。克劳修斯在苏黎世工业大学前后一共工作了12年，这期问他在科学研究上硕果累累，成为世人公认的大科学家。1869年克劳修斯返回德国，担任维尔茨堡大学教授，两年后，他又移居波恩，担任波恩大学教授，继续从事他的物理科学研究。克劳修斯在波恩大学的研究工作并不顺利，条件也比较艰苦。1870～1871年普法战争全面爆发。克劳修斯带领一个学生救护小组，四处救助伤员，不幸却严重损坏了自己的膝盖，从此长期受到伤痛的折磨，不得不将学生的实验课交给其他老师负责。此后不久，克劳修斯又遭到更为沉重的打击，他的妻子在生第6个孩子时去世，这不但在精神上使克劳修斯备感苍凉，而且从此他不得不把一部分精力从科学研究中分出来，独立承担起照顾家庭的重任。尽管如此，克劳修斯还是在研究中取得了许多新的成就。1888年8月24日，克劳修斯工作到最后一刻黯然去世。

　　热力学理论的奠基者

　　克劳修斯一生研究广泛，但最著名的成就是提出了热力学第二定律，成为热力学理论的奠基人之一。

　　人类科学发展到19世纪，蒸汽机的应用已经十分广泛，如何进一步提高热机的效率问题越来越受到人们的重视，成了理论物理研究的重点课题。1824年，卡诺在热质说和永动机不可能的基础上证明了后来著名的卡诺定理，这不仅推论出了热机效率的最上限，而且也包含了热力学第二定律的若干内容。此后，经过许多科学家长期的研究，到19世纪中叶，能量转化和守恒定律建立了起来，这个物理学中极其重要的普遍规律，很快就成为研究热和其他各种运动形式相互转化的坚实基础。

　　克劳修斯从青年时代起，就决定对热力进行理论上的研究，他认为一旦在理论上有了突破，那么提高热机的效率问题就可以迎刃而解。有了明确目标，克劳修斯学习异常勤奋，他知道只有在学生阶段打下坚实的数理基础，才能在今后的研究道路上有所建树。因此，克劳修斯用了近10年时间在学校里埋头苦读。有志者事竟成，1850年，克劳修斯发表了第一篇关于热的理论的论文——《论热的动力以及由此推出关于热本身的定律》。在论文里，他首先以当时焦耳用实验方法所确立的热功当量为基础，第一次明确提出了热力学第一定律：在一切由热产生功的情况中，必有和所产生的功成正比的热量被消耗掉；反之，消耗同样数量的功，也就会产生同样数量的热。按照这个基本定律，克劳修斯又以理想气体为例，进行进一步的论述，否定了热质理论的基本前提，即宇宙中的热量守恒，物质内部的热量是物质状态函数的观点。

　　在热力学第一定律的基础上，克劳修斯接着在论文的第二部分，重新论证了卡诺于1824年得出的“卡诺定律”——工作于两个温度问的一切理想热机，有同样多的热量转移而得到同样多的功，且与工作物质无关，在这个循环过程中热量并未消失。克劳修斯经过精密的论证后认为，卡诺定理的基本内容是正确的，但热量的没有消失显然和热功当量相矛盾，因此卡诺在论证过程中所依托的“热质守恒”是不可信的。克劳修斯指出，根据我们的日常经验，要使热从低温物体传向高温物体，必须要消耗某种动力或者有其他的一些变化。在没有任何形式变化的情况下，热必定是从高温物体向低温物体转移。这一著名的论断就是热力学第二定律的基本内容。

　　热力学第一、第二定律的确立，标志着热力学基本理论的完成。克劳修斯因提出热力学第二定律而声誉雀起，年纪轻轻就跻身于科学家的行列。但科学道路永无止境，克劳修斯一如既往地在科学道路上长途跋涉。

　　提出“熵”的概念

　　为了进一步推动热的动力学说，克劳修斯把理论和实验结合起来，进行深入

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