自然与人-30.19   远离平衡态的具体含义

李开乐

    摘要：温度是物质分子热运动的标志，物质降到绝对零度之后，分子和原子便丝毫不动，就是平衡态。反之，物质会运动的状态就是非平衡态，而物质作激烈运动，或者物质的温度极高的状态就是远离平衡态了。远离平衡态也就是能量很高。

    什么是远离平衡态？物质怎样才算远离平衡态？这直接关系到系统如何形成和系统效率高低等问题，很重要，所以希望能共同努力对它尽量认识深透。
    在大自然里，热是无尽头的，冷则有极限，开氏温标称这个极限为绝对零度。1787年，法国物理学家查理发现，理想气体每冷却1℃，其体积就缩小它处于0℃时体积的1/273，这就是著名的查理定律。可是，当温度降低到一定程度时，气体会变成液体，体积就无法再缩小了，然后又再变成固体。这样一来，当温度降低到-273℃时，体积显然不可能等于0，但原来的气体这时已经变成了固体，而且不仅温度不能再降低，物质的分子和原子也都完全不能运动了，这个温度便是真正的零度，也叫做绝对零度。
    温度是物质分子热运动的标志，物质降到绝对零度之后，分子和原子就丝毫不动，这应该是什么状态呢？天平的两边重量相等就不动，这就叫做达到平衡。所以物质（或分子和原子）不动的状态就是平衡态。反之，物质会运动的状态就是非平衡态，而物质作激烈运动，或者物质的温度极高的状态就是远离平衡态了。一个远离平衡态的系统也就是一个能量很高的系统，反之亦然。
    当然，平衡态的概念也是相对的，在宏观上看似不动的物质，从微观上看，其分子和原子可能还在运动；在一个坐标系中看起来不运动的物质，在另一个坐标系中它却还在运动。例如一团很松散的星云，从其内部的坐标系看，各颗粒之间彼此可以毫无相对运动，但从其上一档级中心天体的坐标系看，它们都还在快速地围绕着中心天体转动。所以，尽管某块星云可能已经是绝对零度而完全没有内能，却还有围绕着上一档级中心天体旋转的动能；静止在高处的物体从表面看是不动，却由于它对于低位置有着势能，所以暂时处于相对平衡的山坡遇到条件适合就会塌方而动了起来。把坐标原点定在宇宙蛋黄的中心来看问题，全宇宙的物质都是非平衡态的。
    全宇宙是个完整的大系统，显然宇宙蛋黄中心的温度最高，最远离平衡态；对于宇宙中的每个星系或单个星体而言，处于各级系统中心附近的温度最高，最远离平衡态。