克劳修斯的发现

1824年，法国工程师卡诺（Carnot's theorem）提出了热力学中的卡诺定理，卡诺定理指出各种利用内能做功的机械（热机），比如内燃机、蒸汽机等最大热效率只和它们的高温热源与低温热源有关。之后，鲁道夫·克劳修斯（Rudolf Julius Emanuel Clausius）在此基础上对热功转换的问题进行了更深入地研究，克劳修斯敏锐地发现了卡诺定理内部存在不和谐，他承认了卡诺定理中有关“热产生功必然伴随热向冷传递”的结论，但否认了“热的量不发生变化”的断言。

1850年，克劳修斯正式发表的论文《论热的动力以及由此推出关于热本身的定律》中提出：除了能量守恒定律之外，另外需要补充一条定律，即：没有某动力的消耗或其他变化，不可能使热从低温转移到高温。该定律被后世称为热力学第二定律。

1851年，开尔文（Kelvins）提出了热力学第二定律的另一种表述方式：不可能制成一种循环动作的热机，从单一热源取热，使之完全变为功而不引起其他变化。

1854年，克劳修斯又发表了论文《力学的热理论的第二定律的另一种形式》，不仅用数学公式表述了可逆过程中的热力学第二定律，而且还首次引入了“熵”的参态量。

1865年，克劳修斯发表论文《力学的热理论的主要方程之便于应用的形式》，正式把这一参态量命名为“熵”，并且证明了在任何孤立系统中，系统熵的总和永不减少。自此，熵增定律正式被发现。

同时，关于熵增定律还有一个推论叫作“热寂说”，该项推论假设宇宙是一个孤立系统，因此宇宙中的熵会趋于极大，并最终达到热平衡状态。也就是说，宇宙中每个地方的温度都相等。由于这项推论涉及宇宙未来和人类命运的重大问题，所以引起了哲学界和科学界持续100多年的争论。那么，“热寂说”到底是否正确？宇宙最终是否会归于熵死呢？

爱因斯坦的相对论发表后，人们开始意识到，任何物理定律都有它的适用范围，比如牛顿定律只在宏观、低速、弱引力场适用。因此熵增定律也有它的适用范围，只是可能由于时代的限制、认知的局限，暂时还没有找到而已。

同时，正如前面说的，熵增定律的成立是有前提条件的，孤立系统和没有外力做功缺一不可。到了20世纪70年代，宇宙大爆炸理论逐渐获得了哈勃红移、氦元素丰度和3K微波背景辐射这三个强有力的直接证据支撑。因此，宇宙是否是个孤立系统就受到了前所未有的质疑。

另外，宇宙大爆炸理论认为，宇宙膨胀的根本原因是引力作用，而有引力作用下的热力学和无引力作用下的热力学得出的结论完全不同。换句话说，在引力起决定作用的体系中，本质上不存在热力学意义上的热平衡状态，宇宙是不稳定的状态。

当然，这是19世纪的克劳修斯不可能想象到的外在条件。因此，困扰着人类的百年梦魇终于被打破了，科学界爆发出了一阵欢呼：“热寂说”这沉重的一页，终于被翻过去了！

熵增定律为物理学奠定了基石，同时还带给企业和个人以启示，为无数人提升认知指出了努力的方向。提出这条重要定律的克劳修斯到底是个什么样的人呢？

1822年1月2日，克劳修斯出生在普鲁士的克斯林（今波兰科沙林）的一个贫寒之家，父亲创办了一所不太挣钱的私人学校，这给克劳修斯的小学教育带来了方便。克劳修斯在斯特汀中学求学。1840年，克劳修斯考入柏林大学，虽然他对历史学产生过浓厚的兴趣，但最终还是选择了物理与数学。1847年，他在成立于15世纪的国立哈雷大学继续深造，并获得了主修数学和物理的哲学博士学位。

1850年，刚步入社会的克劳修斯发表了关于熵增定律的论文，柏林皇家炮兵工程学院立刻向他伸出了橄榄枝。1855年，克劳修斯就担任苏黎世工业大学教授，讲授物理学。1865年，43岁的克劳修斯当选为法国科学院院士。一年后，出任德意志帝国维尔茨堡大学教授。1868年当选为英国皇家学会会长，次年任波恩大学教授。

1870年，普法战争爆发，48岁的克劳修斯带领一个学生救护小队参战，膝盖不幸受了重伤，虽然因此被授予象征德意志民族铁十字勋章这一莫大的荣耀，但留下了长久的伤痛。这使克劳修斯减少了物理学的教学；5年后，克劳修斯痛失爱妻，留下的6个孩子需要他独自抚养。

1888年8月24日，为人类物理学做出杰出贡献的克劳修斯去世，享年64岁。克劳修斯在1865年使用过两句名言——“宇宙的能量是恒定的”；“宇宙的熵趋向一个最大值”，在自然科学界、哲学界被永远铭记。人们为了纪念他，还将月球上的一座环形山命名为克劳修斯环形山。