老子“万物负阴而抱阳，冲气以为和”与熵增定律
--黑体辐射揭示了“万物负阴而抱阳“的科学性
日本政府4月13日决定将福岛核电站的核废水排入大海的新闻，让大众再次闻“辐射”而惊恐，“辐射”这个词自然联想到了核辐射 。实际上，任何物质只要温度高于绝对零度，都会发生辐射现象，太阳光是一种光辐射，手机会有电磁辐射，连我们吃的香蕉都会不小的辐射 。当然，我们正常生活中受到的各种辐射都很小都是安全的，这跟日本的核废水会产生危害的核辐射是不一样的 。
一切物质除了会自发的辐射电磁波，也会吸收、反射电磁波 。这些电磁波辐射跟物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射 。为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体(black body)，以此作为热辐射研究的标准物体 。理想黑体可以吸收所有照射到它表面的电磁辐射，并将这些辐射转化为热辐射，其光谱特征仅与该黑体的温度有关，与黑体的材质无关 。这种黑体发出的热辐射，就是黑体辐射了 。普朗克研究了黑体辐射的规律，打开了量子力学的大门 。
文章插图
黑体辐射的光谱曲线
在笔者的上一篇文章《 》提到了熵增规律和老子的阴阳概念之间的关系，本篇文章继续对这个问题进行研究 。
熵增定律 热力学第二定律指出不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化 。1865年德国物理学家克劳修斯提出了熵的概念，用它来表示通过热量改变来测定的物理量，用来描述热力学第二定律的这种热量传导的不可逆过程，其物理表达式为：S =∫dQ/T或ds = dQ/T 。根据这个表达式，我们假定在一个孤立系统中有两个物体，一个是高温物体一个是低温物体，高温物体的熵是：
S1 =∫dQ1 / T1
低温物体的熵是：
S2 =∫dQ2 / T2
经过一段时间后，两个物体温度一致，热量传导完成，根据热力学第一定律即能量守恒定律，高温物体释放的（减少的）热量一定等于低温物体吸收的（增加的）热量，于是有：
∫dQ1=- ∫dQ2
现在我们来考察拥有这两个物体的整个孤立系统的熵，它的总熵应该是两个物体的熵之和：
S = S1+S2 = ∫dQ1 / T1+ ∫dQ2 / T2
由于T1 > T2，将上面第三个式子代入，我们得到下面的不等式：
S>0
这就是著名的熵增公式，它揭示了一个孤立系统中发生不可逆的绝热过程，系统的熵永远是增加的，这就是熵增定律 。现在物理学家普遍认为，宇宙是一个孤立系统，那么根据熵增定律，宇宙的熵会一直增加，直到宇宙中所有物质都达到热平衡，温度接近绝对零度，宇宙的物质不再活动，这样的宇宙似乎就死亡了，这便是可怕的“热寂” 。不过到达这一天时间太过漫长，我们人类用不着杞人忧天 。
黑体辐射与熵增 前面讲了什么是黑体辐射，现在我们再来考察证明熵增现象的孤立系统中的两个物体，显然在我们前面的思想实验中这两个物体就是我们说的黑体 。高温物体发出热辐射，温度降低，高温物体的熵减少，熵函数呈现负向变化量，即负熵；低温物体吸收热辐射，温度升高，低温物体的熵增加，熵函数呈现正向变化量，即正熵 。然而克劳修斯不等式的神奇之处就在于它证明了孤立系统中两个黑体的“负熵”与“正熵”之和不是等于零，而是永远大于零 。所以这个思想实验展示了黑体辐射和熵增现象之间的神秘关系 。
克劳修斯的熵概念反映的是宏观上人们对于人力学过程的直观概念，它基于人们无可辩驳的实验观察，但是熵函数的内在原理还需要探索 。玻尔兹曼在研究分子运动统计现象的时候，给出了熵函数统计学意义上的表示：
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