热力学熵的严格与一般定义

一系列新兴技术的物理基础——从量子信息中量子纠缠的应用，到微流体、生物学、材料科学、能源工程等领域中非平衡体相和界面现象的应用——要求理解超越传统定义平衡领域的热力学熵。本文提出了一个严格的逻辑方案，提供了熵的广义定义，消除了通常将理论限制在平衡域的不必要假设。该方案基于对所有基本概念（包括系统、性质、状态、孤立系统、环境、过程、可分离系统、与环境无关联的系统以及系统参数）的精心措辞的操作性定义。该处理还考虑了具有可移动内壁和/或半透壁、具有化学反应和/或外力场、以及具有少量粒子的系统。通过引入新概念“场景”，修正了可逆过程的定义。熵的定义既不涉及热的概念，也不涉及准静态过程的概念；它适用于平衡态和非平衡态。讨论了相关性在定义域以及能量和熵的可加性上的作用：证明了能量对所有可分离系统是定义且可加的，而熵仅对与环境无关联的可分离系统是定义且可加的；定义了去相关熵。能量和熵的定义被严格扩展到开放系统。最后，为完善讨论，在我们的上下文中，证明了封闭和开放系统稳定平衡态基本关系的存在性。