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熱力學第二定律哲學思想分析

 論文欄目:思想哲學論文     更新時間:2020/7/29 11:00:05   

摘要:本文基于熱力學第二定律的物理意義及其發展歷程,從中國古代“道法自然”、人類社會可持續發展理念、哲學中的自然觀、開放觀的角度出發,分別闡述了蘊含其中的哲學思想,主要說明了事物的發展要遵循自然規律、人與社會要和諧共處的理念、國家要堅持對外開放的戰略。

關鍵詞:熱力學;熱力學第二定律;哲學思想

熱力學第二定律是繼熱力學第一定律發現后又一個非常重要的物理學定理,熱力學第一定律是一個能量守恒以及能量轉化的定律,說明自然界的熱力學過程必須要滿足能量守恒,反映的是能量轉化和守恒定律在熱現象過程中具體的數量關系。熱力學第二定律則反映了自然界中過程進行的方向和條件的一個規律,指出自然界中出現的過程是有方向性的,某些方向的過程可以實現,而另一方向的過程則不能實現,即不可逆[1]。熱力學第二定律作為一個重要的自然定律,應用范圍非常廣泛,并且蘊含著豐富的哲學思想。本文擬從熱力學第二定律的物理意義出發,以其發展歷史為基礎,對熱力學第二定律所蘊含的哲學思想進行探討。

一、熱力學第二定律的物理意義

1.熱力學第二定律的定義表述第一,Clausius的表述,其認為不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他任何變化;第二,Kel-vin的表述,其認為不可能從單一熱源取出熱使之完全變為功而不發生任何其他變化[2]。2.熱力學第二定律的物理意義熱力學第二定律主要是闡述了宏觀熱現象的不可逆性質,這種不可逆的性質實際上體現了一種必然性。對于一個不受外界影響的孤立系統,在這個系統內部,一切熱力學現象都是從高度有序、幾率較小的狀態向比較無序、幾率較大的狀態進行擴展,也就是說孤立系統中進行的一切實際過程總是由混亂程度較小的有序狀態向混亂程度較大的無序狀態進行[3]。同時熱力學第二定律也告訴我們對于一種能量從一種狀態轉換到另一種狀態的情況下,會損失某種“有效的”的能量,這就是所謂的熵,在一般情況下,熵基本上不會發生變化,但是當處于不可逆反應之中,熱量系統內部出現了不斷的變化。熱力學第二定律主要為我們描述出了混雜程度大的熱量活動,其也從根本上否定了永動機理論,揭示了在一定的時間以及空間范圍內所包含的物理學以及化學反應過程。

二、熱力學第二定律的發展歷史

恩格斯曾說:“科學的發生和發展一開始就是由生產決定的!蓖瑯,熱力學第二定律也經歷了這樣的一個過程,熱力學第二定律是在人類不斷的生產實踐、改造自然的過程中一步步建立起來的。在熱力學第二定律建立的過程中,唯物辯證法的哲學思想已經被西方世界哲學家所提出,熱力學第二定律在建立的過程中也受到了這種哲學思想的影響,這種思想認為對立的統一是有條件的、暫時的、相對的[4]。與此同時,Clausius和Kelvin也受到了唯物辯證法的哲學思想的影響,從另一個角度意識到了自然界局域過程變化的相對局限性,對熱力學不可逆的過程進行了研究與分析。目前已經有許多的學者對熱力學第二定律進行了詳細的研究,并進行了廣泛而嚴謹的推導及驗證。而最早的研究是在19世紀的初期,當時提出熱力學第二定律時,人們的理解并不深刻,也存在著較多的誤區,很多的認識都不到位。在這一背景下,許多相關領域的學者進行了詳細的驗證以及深入的研究,促進了熱力學第二定律的完善和發展。1824年,法國的一名高級陸軍工程師卡諾在其發表的論文《論火的動力》中提出了熱機效率的概念,由此產生了“卡諾定理”,當時的卡諾在研究過程當中主要是基于“熱質說”理論進行推導分析的,但是這一理論存在著較大的缺陷。在1480年至1847年期間,邁爾、焦耳、亥姆霍茲等人對熱力學機理進行研究之后,在此基礎上建立了熱力學第二定律,后期開爾文將“熱動說”作為研究基礎從另外一個角度重新對熱力學第二定律進行了分析以及描述,并經過多次修改之后,提出了使用在現行教材中的熱力學第二定律,這個定律的定義也被人們廣泛接受。

三、熱力學第二定律蘊含的哲學思想

1.中國古代“道法自然”哲學思想在熱力學第二定律中的體現老子在《道德經》中提出了“人法地、地法天、天法道、道法自然”的哲學思想,用融會貫通的手法將人、地、天和整個宇宙的生命規律精辟地闡述出來[5]。老子的這種“道法自然”的哲學思想認為萬事萬物都要遵循自然的規律,并且這種規律是不可逆轉的!暗婪ㄗ匀弧北磉_的含義是“道”效仿自然,或者說“道”本身是自然,其中“道”是萬事萬物內在的根據,是一切事物所固有的內在規律,“道”就是遵循自然,依照自身存在的規律去運行和發展,集中體現了一種自發的精神,自然是“道”及萬物的根本精神所在,自然是“道”的本性,也是人及萬物效仿的行為準則。熱力學第二定律是人類社會以及自然界中一個普遍適用的規律,主要體現的是不可逆性質,啟示我們要尊重自然、順應自然、不可以違背自然規律。它的相關原理正是人類生命系統運行規律的折射,如人類對于自然界中晝夜交替的現象非常的敏感,人類也有屬于自己的生物鐘,這就使得人類需要遵循自然界的一些規律,并且這些規律的理解與熱力學第二定律相互吻合,由此我們更加能夠理解那些為了工作而犧牲自己休息時間的人們,他們以生命和健康為代價促進了整個社會的和諧發展。人類要協調好工作與休息之間的關系,不能為了工作而犧牲休息的時間,因為這在一定程度上違背了熱力學第二定律,也不符合老子所說的“道法自然”的哲學內涵。立于人類健康意義的角度,人類如果一直不注意休息的話,會導致人體的各項機能處于超負荷狀態,如果一直保持著這樣的狀態,會導致人體的各項機能下降,甚至可能處于停滯狀態。而對人體健康的影響,主要反映為產生疾病,甚至可能會威脅到人類的壽命及安全,這也啟迪人們在學習以及工作的同時,一定要保證良好的睡眠,得到充足的休息,符合人體能運行的規律。此外,老子“道法自然”的哲學思想,對于人們心理保健也具有一定的指導意義,根據道法自然的原則,老子主張“無為”與“不爭”,這些都可以站在順應自然的角度上來進行分析,主要可以理解為人們按照自然客觀規律去處理事情,不可以完全依賴個人意愿進行作為,個人的心理行為也要與自身的年齡相符合,防止個體產生心理沖突,如果心理矛盾無法得到解決,最終可能會產生心理疾病。在這個信息發達的社會里,人際交往顯得無比重要,良好的人際關系可以給人帶來愉悅,促進人們身心健康的發展;相反,不良的人際關系會使人產生壓抑及緊張的心理,最終使人們身心受到損傷,老子“道法自然”提倡的“不爭”原則指導人們在處理人際關系過程中,要保持兼收并蓄的態度,順應自然,不強人所難,這樣才能擁有良好的健康心理,進而更好地實現人生價值。2.人類社會的可持續發展理念在熱力學第二定律中的體現1987年聯合國世界環境與發展委員會在其《我們共同的未來》(OurCommonFuture)這份報告中第一次明確了可持續發展的定義:“可持續發展是既滿足當代人的需求,又不對后代人滿足其需求的能力構成危害的發展”[6]。它的基本要求是人需要與自然和諧共處,要意識到當代人對于后代人所承擔的責任,并提升自身的道德水平。熱力學第二定律同樣蘊含了人類社會的可持續發展理念的哲學思想,熱力學第二定律解釋了事物運動轉化的不可逆性,有利于人類客觀地認識物質運動的方向和后果,而這也解釋了人類可持續發展觀背后的物質運動規律和價值。自然規律是物質運動固有的、本質的、穩定的聯系,各類規律互不干擾,其不以人的意志為轉移,人類作為自然的一個組成部分,本應該根據自然界的發展規律融入到自然的變化當中,同自然界的其他生物之間和諧共處。但是在近些年來,隨著人類社會超理性的發展,使自然環境的承載能力遇到了極大的挑戰,最終對我們賴以生存的自然環境造成了難以挽回的損失。目前人類活動已經逐漸成為影響地球生態環境變化最主要的因素,首先體現在人類活動對全球氣候環境的影響,全球的氣候變化與人類活動息息相關,隨著人類工業文明的興起,人類的活動規模越來越大,工業系統向大氣環境中釋放的溫室氣體越來越多,最終造成了溫室效應的產生,造成了一系列的全球性問題。最突出的是全球變暖,直接導致了地面環境的溫度升高,南北兩極的冰川逐漸融化,從而使海平面逐漸上升,同時溫室氣體增多還引起了森林火災,使得一些珍稀動物滅絕,給自然環境以及人類社會造成了無法挽回的損失。此外,人類對環境的破壞還導致了森林和草原植被的退化甚至消亡、水土流失、污染的加劇、臭氧層的破壞以及生物多樣性的減退等問題,面對日益嚴峻的環境形勢,人類終于意識到任何以犧牲環境為代價的發展都是不值得的,這一切無不給人類敲響了警鐘。人類必須要學會善待自然,合理控制自己的行為及活動,從而達到與自然和諧共處的目標。人類有權利也有義務去改造自然,通過改造自然資源的形式去滿足人類自身的需求,但是在此過程中必須要以保持自然的穩定性為前提,人類只有善待自然,才能更好地利用自然。3.哲學中的自然觀在熱力學第二定律中的體現自然觀蘊含著豐富的唯物主義思想,認為對立的統一是有條件的、暫時的、相對的,科學領域的自然觀與哲學之間具有天然的聯系,馬克思提出的辯證唯物主義蘊含的哲學思想是諸多學科的指導思想,熱力學第二定理實質上可以表達為任何一個系統恢復到原狀時必然會引起另一種形式的變化。熱力學第二定律雖然是一個物理學定律,但是它所揭示的不僅僅是個別現象的原理,而是宇宙間一切物質能量轉換的普遍趨勢,因而定律從一開始提出就具有了世界觀的意義,根據熱力學第二定律相關理論,在一個封閉的系統當中,能量與物質的轉換只能朝一個單一的方向進行,即從能做功到不能做功,從有效到無效。當熵值達到最大時,就不再有任何自由能量繼續做功,此定律揭示了物質與能量的轉化是有限的,這對于我們傳統的世界觀既是一個比較大的挑戰,又是一個新的開拓。熱力學第二定律不僅揭示了熱力學學科相關的理論,它具有一定的普適性,對于人類認識自然、改造自然都有一定的指導意義,對推動自然辯證法的發展具有深刻而廣泛的意義。4.開放觀在熱力學第二定律中的體現熱力學第二定律表明,對于一個孤立系統,熵會隨著時間的流逝而增加,系統將從有序走向無序,當系統的熵達到最大值時,系統中的其它有效能量已經全數轉化為熱能,所有物質溫度達到熱平衡,即系統處于熱寂,系統中再也沒有任何可以維持運動或是生命的能量存在[7]。所以要打破這種熱寂狀態,就要求熱力學系統是一個開放系統,而不能是一個孤立系統。而這正是開放觀的體現,世界是普遍聯系的有機整體,處在普遍聯系關系中的事物應該是相互聯系的、開發的、非孤立的,這也啟示了要想促進國家的發展向前,必須要開放,不能閉關鎖國,特別是當今全球化的背景下,各國都與世界有著緊密的交流、合作和聯系,誰也不可能離開世界獨自存在。習近平總書記在科學把握當今中國發展與世界關系的基礎上,提出全面開放觀,以應對復雜嚴峻的全球化發展形勢,從而促進社會主義現代化強國偉大目標的實現。在這種背景下,習近平總書記提出了“一帶一路”的偉大構想,希望將中國改革開放取得的碩果能夠分享給“一帶一路”沿線國家,開展更大范圍、更高水平、更深層次的區域合作,帶動其他國家經濟的發展,促進世界的和平與發展,這也是我國奉行開放發展、合作共贏的理念、推進國家合作、實現雙邊共贏的重要體現。

四、結束語

本文從熱力學第二定律相關的含義、意義以及發展歷程角度出發,基于熱力學第二定律之不可逆的核心內涵,對其所蘊含的哲學道理進行了解釋,集中對老子“道法自然”、人類社會的可持續發展理念、哲學中的自然觀以及開放觀的思想與熱力學第二定律的關系進行了討論,從而闡明了熱力學第二定律中所蘊含的哲學思想。同時,啟示人類要遵循自然,依照自身存在的規律去運行和發展,這也是人及萬物遵循的行為準則;只有堅持人與自然和諧共處,意識到當代人對于后代人所承擔的責任,才能實現人類社會的可持續發展;我們國家要堅持開放的發展戰略,奉行開放發展、合作共贏的理念,實現更深層次的區域合作。

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作者:蔣崇穎 楊先衛 劉暢 丁勝彪 單位:三峽大學 電氣與新能源學院 三峽大學理學院

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