1824年,他出书了一本118页的书,名为《火的能源反思》(Reflections on the Motive Power of Fire),并在塞纳河边以3法郎的价钱出卖。他在书中最后一页提出了一个主要的警示:“咱们不该冀望在实际中可能完整应用燃料的全部能源。” 总有一局部能量会因摩擦、振动或其余不盼望呈现的活动情势而耗散。不外,卡诺的书在迷信界基础被疏忽,多少年后他逝世于霍乱。他的尸体被火葬,很多论文也随之被销毁。但他的书的一些正本得以幸存,此中包含着热力学这门新迷信的火种——火的原能源。
?17岁的卡诺。图源:Louis-Le?opold Boilly数十年后的1865年,德国物理学家鲁道夫·克劳修斯(Rudolf Clausius)在浏览卡诺的书时,为那些“无用”的能量比例发明了一个术语。他称之为“熵”,来自希腊语中的“转化”一词。而后他提出了厥后被称为热力学第二定律的实践:“宇宙的熵趋于最年夜”。事先的物理学家过错地以为热量是一种流体(称为“卡路里”)。在随后的多少十年中,他们认识到热量现实上是分子彼此碰撞的副产物。这一视角的改变使奥天时物理学家路德维希·玻尔兹曼(Ludwig Boltzmann)得以从新构建跟细化熵的观点。玻尔兹曼将分子的微不雅性子(比方它们各自的地位跟速率)与气体的团体微观性子(如温度跟压力)辨别开来。无妨以棋盘上的棋子为例,假设有一组雷同的棋子,全部棋子确实切坐标列表就是玻尔兹曼所说的“微不雅状况”,而它们的团体规划——比方它们能否构成一个星形,或许能否全体凑集在一同——则是一种“微观状况”。玻尔兹曼将某一微观状况的熵,界说为该微观态可能发生的全部可能微不雅态的数目。高熵的微观状况象征着存在大批与之兼容的微不雅状况——即很多可能发生雷同团体形式的棋子排布方法。
?鲁道夫·克劳修斯(左)初次提出“熵趋于增添”的洞见,路德维希·玻尔兹曼则从统计力学角度奠基了其实践基本。图源:Theo Schafgans (左); Creative Commons棋子可能陈列成特定有序的外形的方法只有那么多少种,而它们随机散落在棋盘上的方法却多得多。因而,熵能够被视为无序的器量。第二定律由此转化为一种直不雅的概任性陈说:事物看起来凌乱的方法远多于有序的方法,以是,跟着体系各局部随机地阅历差别的可能设置,它们每每会浮现出越来越凌乱的排布。卡诺热机中的热量之以是从低温流向高温,是由于气体粒子更可能处于混杂状况,而不是按速率分层——即一侧是低温、疾速活动的粒子,另一侧是高温、迟缓活动的粒子。同样的情理也实用于玻璃粉碎、冰熔化、液体混杂以及树叶糜烂的起因。现实上,体系从低熵状况向高熵状况的天然趋向仿佛付与了宇宙一个分歧时光偏向的独一牢靠机制。熵为那些原来可能反向产生的过程刻下了时光箭头。熵的观点终极远远超越了热力学的范围。“当卡诺撰写他的论文时……我以为不人能设想出它会带来什么,”艾克斯-马赛年夜学的物理学家卡洛·罗韦利如许说。
?熵是体系无序度的器量,其数值对应微观状况下可能的微不雅状况数。因为粒子疏散散布的微不雅状况数远多于凑集状况,粒子极大略率会向疏散态演变。这恰是热力学第二定律的中心思维——伶仃体系的熵永不增加。图源:Jonas Parnow and Mark Bel欧洲杯appan/Quanta Magazine; Creative Commons: CC BY-ND 4.003 熵的扩大熵在第二次天下年夜战时期迎来了更生。美国数学家克劳德·喷鼻农(Claude Shannon)事先正在努力于加密通讯渠道,此中包含衔接富兰克林·德拉诺·罗斯福(Franklin D.Roosevelt)跟温斯顿·丘吉尔(Winston Churchill)之间的通讯线路。这种阅历促使他在随后的多少年里深刻思考通讯的基础道理。喷鼻农试图权衡一条新闻中所包括的信息量。他应用了一种曲折的方式,经由过程将常识视为对不断定性的增加来实现这一目的。


