讓人絕望的熵增定律,究竟揭示了什么樣的真相
宇宙萬(wàn)物都有起點(diǎn)和終點(diǎn),無(wú)論是大到宇宙還是小到我們?nèi)祟?,最終都會(huì)迎來(lái)一個(gè)結(jié)局,那就是死亡。為什么萬(wàn)事萬(wàn)物最終都會(huì)迎來(lái)死亡和湮滅呢?或許有人會(huì)回答,這就是宇宙規(guī)則,宇宙不允許永生,無(wú)論是人類還是天體,在到達(dá)了一定限度之后,都將面臨終結(jié)。那么究竟是誰(shuí)在背后操縱著萬(wàn)物的生死呢?科學(xué)家經(jīng)過(guò)研究之后,終于發(fā)現(xiàn)了操縱者的真面目。它就是熵值。偉大的物理學(xué)家薛定諤曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“生命以負(fù)熵為生”,而愛(ài)丁頓爵士也表示自然界最至高無(wú)上的原則就是熵增定律,它充分的說(shuō)明了整個(gè)宇宙的本質(zhì)和精髓,那么宇宙的終極定律真的就只需要一條熵增定律就能夠解決嗎?為什么很多人說(shuō)熵增定律太可怕了,了解之后你一定會(huì)細(xì)思極恐!

什么是熵?
熵是一個(gè)描述系統(tǒng)無(wú)序程度的物理量,它反映了系統(tǒng)中能量分布的均勻性。系統(tǒng)的熵越大,說(shuō)明系統(tǒng)的無(wú)序程度越高,能量分布越均勻,系統(tǒng)的有用能量越少。相反,系統(tǒng)的熵越小,說(shuō)明系統(tǒng)的有序程度越高,能量分布越不均勻,系統(tǒng)的有用能量越多。舉個(gè)例子,一杯冰水中有冰塊和水兩種狀態(tài)的水分子。冰塊中的水分子結(jié)構(gòu)緊密有序,溫度低;水中的水分子結(jié)構(gòu)松散無(wú)序,溫度高。這時(shí)候,冰水系統(tǒng)的熵是比較小的,因?yàn)槟芰糠植疾痪鶆颉5请S著時(shí)間的推移,冰塊會(huì)慢慢融化,水分子會(huì)慢慢混合,最終達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài),所有的水分子都變成了液態(tài),溫度都相同。這時(shí)候,冰水系統(tǒng)的熵就變大了,因?yàn)槟芰糠植几泳鶆蛄恕?/p>
什么是熵增定律?
熵增定律是由德國(guó)物理學(xué)家魯?shù)婪颉た藙谛匏褂?850年提出的熱力學(xué)第二定律。它告訴我們,在一個(gè)孤立的系統(tǒng)中,任何自發(fā)性的過(guò)程都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)總體的熵增加或者保持不變,而不可能導(dǎo)致系統(tǒng)總體的熵減少。換句話說(shuō),在自然界中任何形式的能都會(huì)很容易地變成熱,而反過(guò)來(lái)熱卻不能在不產(chǎn)生其他影響的條件下完全變成其他形式的能,從而說(shuō)明了這種轉(zhuǎn)變?cè)谧匀粭l件下也是不可逆的。

舉個(gè)例子,一臺(tái)汽車引擎可以把汽油中儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車行駛。但是,在這個(gè)過(guò)程中,并不是所有的化學(xué)能都被完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能了,還有一部分化學(xué)能被轉(zhuǎn)化為了熱和聲音等其他形式的能量,并散失到周圍環(huán)境中去了。這些散失掉的能量就增加了整個(gè)系統(tǒng)的總體熵。而如果想要把這些散失掉的能量再收集起來(lái),重新轉(zhuǎn)化為化學(xué)能或者機(jī)械能,就需要付出更多的能量和物質(zhì),這是不劃算的,也是不可能實(shí)現(xiàn)的。所以,汽車引擎的運(yùn)行是一個(gè)不可逆的過(guò)程,它遵循了熵增定律。
為什么熵增定律是宇宙中最可怕的定律?
熵增定律是宇宙中最可怕的定律,因?yàn)樗沂玖擞钪娴慕K極命運(yùn)。根據(jù)熵增定律,我們知道,宇宙中所有的自發(fā)過(guò)程都會(huì)導(dǎo)致宇宙總體的熵增加,而不可能導(dǎo)致宇宙總體的熵減少。這意味著,隨著時(shí)間的推移,宇宙中所有的有序結(jié)構(gòu)(如恒星、行星、生命等)都會(huì)逐漸變得無(wú)序混亂,所有的能量都會(huì)逐漸變成均勻分布的低溫?zé)彷椛洌械奈镔|(zhì)都會(huì)逐漸變成均勻分布的基本粒子。這樣一來(lái),宇宙就會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡態(tài),也就是熱寂態(tài),在這個(gè)狀態(tài)下,宇宙中沒(méi)有任何有趣的事情發(fā)生,沒(méi)有任何有用的能量和物質(zhì)存在,沒(méi)有任何生命和智慧存在。這就是熵增定律所預(yù)言的宇宙末日。當(dāng)然,這個(gè)末日并不是馬上就會(huì)到來(lái)的。根據(jù)目前的科學(xué)估計(jì) ,從現(xiàn)在開(kāi)始到達(dá)熱寂態(tài)還需要至少10^100年。在這漫長(zhǎng)的時(shí)間里,宇宙還會(huì)經(jīng)歷許多階段和變化,如恒星死亡、黑洞蒸發(fā)、質(zhì)子衰變等。但是,無(wú)論如何,最終的結(jié)果都是一樣的:熵增定律必將統(tǒng)治一切。

我們能否逃脫熵增定律?
面對(duì)這樣一個(gè)可怕而無(wú)情的定律,我們是否有任何辦法可以逃脫呢?答案是:暫時(shí)可以,永久不行。暫時(shí)可以逃脫熵增定律的原因是:熵增定律只適用于孤立系統(tǒng),而我們所處的系統(tǒng)并不是孤立的。例如,地球是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng),它可以從太陽(yáng)那里接收到大量的高質(zhì)量能量,并利用這些能量來(lái)維持地球上生命和文明的存在和發(fā)展。通過(guò)太陽(yáng)能量輸入,地球系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)局部的熵減現(xiàn)象,也就是在某些范圍內(nèi)降低無(wú)序程度,增加有用能量。比如植物可以通過(guò)光合作用把水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物和氧氣;人類可以通過(guò)科技創(chuàng)新把自然資源轉(zhuǎn)化為各種產(chǎn)品和服務(wù);生命可以通過(guò)進(jìn)化產(chǎn)生各種多樣性和復(fù)雜性。這些都是暫時(shí)逃脫熵增定律的例子。

但是,無(wú)法永久逃脫熵增定律的原因是:即使我們所處的系統(tǒng)不是孤立的,在更大尺度上看,整個(gè)宇宙還是一個(gè)孤立系統(tǒng)。也就是說(shuō),在整個(gè)宇宙范圍內(nèi),沒(méi)有任何外部的能量和物質(zhì)輸入或輸出。這就意味著,無(wú)論我們?cè)诰植肯到y(tǒng)中如何利用和管理能量,最終都無(wú)法改變宇宙總體的熵增趨勢(shì)。也就是說(shuō),我們只能延緩,而不能阻止宇宙的熱寂。那么,我們是否應(yīng)該對(duì)熵增定律感到絕望和恐懼呢?我認(rèn)為不應(yīng)該。因?yàn)?,雖然我們無(wú)法改變宇宙的命運(yùn),但我們可以改變自己的命運(yùn)。我們可以利用有限的時(shí)間和資源,去創(chuàng)造更多的價(jià)值和意義,去探索更多的知識(shí)和真理,去享受更多的美好和幸福。

熵增定律是宇宙中最可怕的定律,但也是最激勵(lì)人心的定律。它讓我們明白,我們所擁有的一切都是短暫而珍貴的,我們所做的一切都是有意義而有影響的。它讓我們珍惜每一刻,努力每一天,追求每一個(gè)夢(mèng)想。它讓我們相信,即使在一個(gè)無(wú)序混亂的宇宙中,我們也可以創(chuàng)造出有序美好的生活。對(duì)此,你們?cè)趺凑J(rèn)為呢!