#今天要来点物理吗？##引力#与#熵# ，#热学#

熵力

在日常生活中，我们会遇到两种力：能量力和熵力。

当握住一块石头时，我们会感觉到它把手向下拉。这是一种能量力：抬起石头会增加它的能量，而放下石头则会降低它的能量。

当拉伸橡皮筋时，会感觉到它在往回拉。这是一种熵力。 我们拉伸橡皮筋时，主要不是增加它的能量，而是减少它的熵。

减少它的熵！（视频1是艺术家创作的熵悖论印象）

我们在拉伸橡胶中纠缠在一起的聚合物，迫使它们更整齐地排列在一起。当然，弹簧力或者说胡克定律刻画的力也是一种熵力。

在这里，我们看到了热力学的一个基本真理：当温度恒定时，世界希望最大限度地减少其 "自由能"，即能量减去温度乘以熵。 因此，石头向下是为了减少能量，而橡皮筋回复长度是为了增加熵。

主流理论认为，世界上存在四大基本力：强和弱核力，电磁力，引力。

基本力都不会是熵力，起码直到2009年是如此。

那一年Erik Verlinde提出引力是一种熵力。这引起了很大的轰动——它帮助Verlinde赢得了大约6500000美元的学术突破奖金！

Verlinde认为，引力不是一种基本力，而是一种宏观力，来源于熵，本质上与弹力、压强等相同。同时质量和惯性也是宏观现象。引力的现象是由于两个质量物体之间的全息表面的熵（平均信息量）的改变导致系统能量改变所引起的。他也通过统计物理与全息原理推导出了牛顿万有引力定律与爱因斯坦理论。根据他的理论，全息原理和量子力学才是基本原理，而爱因斯坦理论则是一种可以推导出来的现象。

我记忆里，在2010-2014年左右，熵力说红极一时。但是也引发了很多批评意见，就连Erik Verlinde本人都承认，“目前这还算不上理论，只是一种新的范例和框架”，并认为“挑战现在才开始”。

我还记得后来有一个实验给了引力熵力说沉重一击，以至于直接沉寂多年，但在这个凌晨无论如何也没找到相关实验的信息。[允悲]

现在来猜一个John Carlos Baez提出的谜题。

#每日一题#

当你压缩一个气瓶时，它会有阻力。 这是熵力还是能量力......或者是两者的混合？

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是的，这种力来自气体的压力。当压缩气瓶时，里面的气体分子会反复碰撞活塞，试图把它推回去。 这在微观层面上是一个完全正确的解释。

但我们仍然可以问：你是在增加气体的能量，还是在减少它的熵......或者两者都有？

这取决于气瓶是否隔热！

想想看。当压缩气瓶时，向内移动的活塞会使弹到瓶壁上的气体分子移动得更快......因此它们获得了能量。如果气缸是隔热的，那么你就增加了气体的能量。因此，气缸会以一种能量反作用于你。

但如果气瓶导热，你缓慢地压缩它，气体分子并不会获得更多能量！相反，它们会通过加热将额外的能量传递给气缸，然后传递给外部世界。因此，气缸中的气体保持相同的能量。但其熵却减少了，因为分子的活动空间变小了。 因此，在这种情况下，反推力是熵力。

在第二种情况下，我们假设气体是一种 "理想气体"——通常是对空气的很好近似。这意味着它的能量只取决于温度，而不取决于体积。对于非理想气体，在恒温条件下对其进行压缩不仅会减少其熵，还会减少一些能量。

或者大家还可以思考一下著名的Rüchardt实验。

它是测定理想气体绝热指数（即理想气体恒压热容与恒容热容之比）的一个著名实验。

该实验最早由Eduard Rüchardt引入，通过测定绝热气缸上活塞的微振动周期，从而得出绝热指数的数值。

振荡球实际上可以揭示绝热定量过程。运动实际上不是谐波。图四的推导是一种近似。