吉布斯佯谬

lkii 发布于 2025-09-24 30 次阅读


当移除分隔两种全同理想气体的隔板时,经典统计力学错误预测熵增,而实际应无熵变;当气体存在微观差异时,混合熵随相似度变化呈不连续跳跃。
意思是按照熵的计算公式,相同气体混合后熵变非0而是大于0,见下图:

但实际是0。
造成计算错误的原因是:混合理想气体的熵公式不适用于同种气体的原因,在于推导公式时用到了膜平衡条件,而膜平衡条件仅适用于不同种气体。
相关文献认为吉布斯佯谬是经典统计物理所不能解释的,在量子统计物理中才能得到透彻的解释。根据量子力学,全同粒子是不可分辨的(两气体本来就是一种气体的两部分,则混合后是无法再分开复原的),同种气体混合不构成扩散过程。正是粒子从不同到全同的突变导致了熵的突变。

可以形象地比喻为:当两种不同的气体混合时,把这两种气体分子换成黑、白颜色的球,将它们混合起来的时候,一定产生大于0的混合熵2nR In2。设想把黑球一次次地漂白,使其颜色逐渐变浅,趋于白色。每漂白一次,混合一次。结果发现,在连续漂白过程中,只要黑球和白球有区别,其混合熵存在且一直不变。一旦黑球漂成白球,其混合熵将突然消失。即漂白过程连续、而熵增发生了突变,这就是吉布斯佯谬。吉布斯佯谬就是物质的连续变化和熵的突变之间的矛盾,连续的一个物理过程对应着数量上的突变。
学习资料:
吉布斯悖论——百度百科
统计物理学—吉布斯佯谬——知乎

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最后更新于 2025-09-25