19世紀中葉， 科學家和工程師們已經清楚地研究出了不同形式的能量是如何相互關聯的， 他們測量了產生不同種類的能量需要多少某種特定的能量。 舉個例子， 把30毫升的水加熱1攝氏度所需的能量， 相當於把12.5千克的重物提升1米的能量。
人們意識到的更深層次的一點是， 儘管機械功和熱看起來很不一樣， 但它們都是同一事物的兩個方面， 那就是能量。 這個想法被稱為熱力學第一定律。 第一定律表示， 能量不會被創造或毀滅， 它只是從一種形式變為另一種形式。
19世紀的科學家意識到， 這意味著整個宇宙的總能量實際上是固定的， 令人驚訝的是， 一定數量的能量能變成多種不同的形式。 比如在蒸汽機中， 能量不是被創造出來的， 它只是由熱能變成了機械功。
但最令人歎為觀止的是， 第一定律提出了一個大的問題：當一種能量變成另一種能量時到底會發生什麼？為什麼它會這麼做呢？
問題的答案是由德國科學家魯道夫-克勞修斯發現的， 它也構成了熱力學第二定律的基礎。 克勞修斯是一位來自波美拉尼亞的才華橫溢的德國物理學學生， 在柏林學習， 在很年輕時就成為了一名非常出色的教授， 之後在瑞士蘇黎世新科技大學學習。 19世紀50到60年代， 克勞修斯提出了第一個完整的熱力學原理的數學分析。
克勞修斯意識到， 不僅宇宙的能量是固定的， 同時能量似乎遵循了一個非常嚴格的規則， 比如說， 熱能總會向一個特定的方向移動， 他的這種見解實際上是科學界中最重要的思想之一。
就像克勞修斯所說的“熱不能從冷的物體傳遞到熱的物體”， 這種想法完全是處於直覺。 生活中我們都有這樣的經歷， 如果把一杯熱茶放在一邊， 很快它就會涼下來， 這意味著熱量會從熱的杯子傳遞到空氣中。
這種事實是顯而易見的， 但觀點卻是至關重要的， 熱量的流動是一個單向的過程， 這似乎是宇宙運轉的最基本原則。
克勞修斯把所有的關於能量轉移的觀點都用數學方法來進行研究， 可以概括成一個等式：Sf>Si， 他引入了一個新的量， 稱之為熵， 用字母S代表， Sf和Si表示系統的最終和最初的熵。 等式說的是， 當熱量從熱的物體傳遞到冷的物體時， 熵總是會增加。 熵似乎是熱量消散或擴散的量度， 當熱的東西冷卻下來時， 熵增加了。 在克勞修斯看來， 在所有孤立的系統中， 這個過程是不可逆的。
克勞修斯對他的公式很有信心， 他認為這一不可逆過程也適用於宇宙， 他推測， 整個宇宙的熵值將達到最大值， 而我們無法避免這一點， 這個想法被成為熱力學第二定律， 它比克勞修斯想像中的更奇怪， 更美麗， 更普適！
熱力學第二定律的深層意義是， 所有釋放熱量的物質在某種程度上都有聯繫， 所有釋放熱量的物質都是不可逆過程的一部分， 分散和傳播的過程， 熵增加的過程。 在某種程度上， 宇宙的命運似乎與一杯茶的命運是一樣的！
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