热力学的普遍基础：超越平衡且不依赖可扩展性的熵与能

热力学通常被呈现为宏观系统处于稳定平衡状态的理论，基于可扩展性和随系统大小缩放的假设。本文提出热力学基本原理的普遍形式，在该形式中，熵和能被定义并在平衡之外且不假设可扩展性地使用。该表述适用于所有系统——大型和小型、含众多粒子或少量粒子——以及所有状态，无论是平衡状态还是非平衡状态，均依赖于仔细陈述的运算定义和存在原则，而非宏观理想化。发展并说明了包括副熵可用性和可用能等关键热力学概念的，利用表示非平衡状态的能熵图 representation 提供了对不可逆性以及提取功的限制的几何洞察，适用于任何大小的系统。论文的大部分部分致力于对非功 interaction 中熵传递的分析，leading to 精确定义 heat interactions 和 heat-and-diffusion interactions 在简单和复杂固体及流体的非平衡行为的中尺度连续理论中至关重要。正是由于这一分析，导出了显式扩展到非平衡 process 的克劳修斯不等式和第二定律的克劳修斯表述。 resulting framework 将热力学作为适用于所有系统（大小皆适）的普遍理论，其概念在统一上适用，并为教学和现代应用提供了连贯的基础。