大学物理学（上册）：热力学第二定律的统计解释

热力学第二定律指出，一切与热现象有关的实际热力学过程都是不可逆的，而热功转换、热传导和气体的自由膨胀则都是典型的不可逆过程.

以气体的自由膨胀为例.设体积为V 的绝热容器，用隔板将其分为体积相等的A、B 两部分.开始时，A 部充有1 mol 的理想气体，温度为T，B 部为真空.然后抽开中间隔板，气体将自动向B 部扩散，最后，气体均匀分布在整个容器中，温度仍为T，由热力学第二定律可知气体不能自动回复到初态.那么，从微观层面上看，气体能自动回复到初态吗？

为简单起见，假设分子的运动状态仅由其空间位置来确定，把任一分子位于A 部或B 部视为分子的两种不同的微观态.考虑到A、B 两部分体积相等，则任一分子位于A 部与B 部的概率也应相等，且均为1/2.把系统中全部N 个分子的微观状态所确定的系统的状态称为系统的微观态.由于任一分子都有两种可能的微观态，若分子是可以分辨的，则与系统末态对应的可能的微观态数为2N.没有任何理由认为系统的某一微观态较其他微观态出现的概率更大，系统2N 个不同的微观态中的任一个微观态出现的概率亦应相等，且均应为2-N.即N 个分子全部聚集到A 部仅是系统全部的2N 个微观态中的一个，其概率为2-N，基本上就趋于零.它表明经自由膨胀后自动回复到其初态的事件不是绝对不会发生，但实际上是不可能观察到的.(www.xing528.com)

功热转换过程也是如此.功转变为热的过程是物体宏观定向的运动能量转化为大量分子的无规则热运动能量，而大量分子的无规则热运动转变为整体的定向运动并对外做功则同样是一个极小概率的事件.因此，观察和实验所能见到的是功能全部转化为热，而在不引起其他变化的条件下，热全部转化为功则从未出现，那实际上是不可能的.

由以上事例的分析讨论可知，热力学第二定律在其本质上是一个统计规律；其统计意义是：一个不受外界影响的“孤立系统”，其内部发生的过程，总是由概率小的状态向概率大的状态进行，由包含微观状态数目少的宏观状态向包含微观状态数目多的宏观状态进行.