热力学基本概念到热力学第一定律

牛顿运动定律描述了机械运动的物理世界，热力学定律则描述了肉眼不可见的大量的分子运动的规律。首先是开式温标的确定，使得热量的客观度量成为可能。接着焦耳通过实验证明了机械能和热能之间的转换关系，确定了热力学的基本常数：玻尔兹曼常数，并且使用摩尔做单位描述大数（1克气体包含了6.02*10^23个分子）。通过导出1/2mv^2=3/2kT关系，第一次从微观层面解释了温度是原子或分子的平均动能的一种表现形式，并发现了分子速度分布满足玻尔兹曼的分布、辐射能力分布满足普朗克分布的规律，从而预言了宇宙黑体辐射的存在，并由实际观测得到了黑体辐射（宇宙背景温度在3.1k左右）。所有这些事实都指向了背后的一个规律：热力学第一定律：系统内能的改变等于物体吸收的热量系统对外做功。在理想状态下，考虑无摩擦和对外辐射能量的情形，可以做出第一类永动机，动能和热量的转换满足1/2mv^2=3/2kT关系。但实际上假设的条件是不存在的，因为系统不可能达到理想状态，能量的耗散会一直存在。

热力学是另外一种能量的描述方式，不同于牛顿力学现象可以由我们肉眼观察到，而热是我们肉眼看不到的一种能量形式。所以能量有多种形式，而且这些表现之间是可以相互转化的，物理学给我们展现了一个丰富的多维的世界图景。让我想起了信号分析中的时域和频域的关系，他们也是同一事物的不同形式，真实的世界到底是什么样的？我们就像盲人摸象中的盲人一样在黑暗中探索。