「咸水星空」熵增——有史以来最令人绝望的物理定律

打碎的花瓶无法回到最初的模样 , 沙滩上的城堡会被潮水冲刷殆尽 , 向水杯里滴入的墨水会迅速散开……
本来有条理的东西会变得乱糟糟 , 而乱糟糟的东西不会变得有条理 。
——而时间也无法倒流 。
熵(Entropy)
物质状态的重要参量之一 。 其物理意义是体系混乱程度(无序度)的度量
热力学第二定律指出 , 随着时间的推移 , 系统的熵总是增加的
1854年 , 克劳修斯首次提出了熵增定律的概念 。 他认为在一个封闭的系统内 , 热量总是从高温物体流向低温物体 , 从有序走向无序 , 如果没有外界向这个系统输入能量的话 , 那么熵增的过程是不可逆的 , 最终会达到熵的最大状态 , 系统陷入混沌无序 。
因此 , 熵增定律被认为是有史以来最令人绝望的物理定律 , 因为我们的宇宙也是一个封闭的系统 , 而封闭系统总是会趋向于熵增 , 最终慢慢达到熵的最大值 , 出现物理学上的热寂 , 变得像沙漠一样 。
"熵理论对于整个科学来说是第一法则"
——AlbertEinstein
熵可以用来解释很多事情 , 比如 , 为什么倒进咖啡中的牛奶不太可能浮在表面:因为这样的系统排列方式(熵)太少了 , 而牛奶在杯子里散开的排列(熵)则要大得多 。 ——压倒性的排列组合都对应着一杯看起来很普通的拿铁 。 类似的道理 , 在同一系统内熵减的过程都不太可能发生 。
时间与熵也有着密不可分的关系 。 时间箭头的方向是熵的增加方向——向前的 。 这说明你可以让时间(相对)变快或者变慢 , 却不能让它掉头 。
「咸水星空」熵增——有史以来最令人绝望的物理定律
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霍金孤独的时间旅行者派对
生物和社会组织
生物出现和进化 , 与宇宙总熵增加并无矛盾 。
按照非平衡态热力学理论 , 系统中局部的熵是可以降低的 , 只要向这个局部输入负熵就行 , 代价是在局部以外 , 系统的熵增加的更快 。
生物的出现和进化就是如此 。 生物是低熵的 , 必须从周围环境中获取负熵来维持自己的低熵状态 。 这种行为的后果是 , 周围环境的熵增加的更多、更快 , 即生物的存在改变了原有的状态和环境(污染便是一种高熵状态) 。 如此而已 。
「咸水星空」熵增——有史以来最令人绝望的物理定律
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位于德国西北部的鲁尔工业区
来源:LukasSchulze/Getty
热力学第二定律曾是当时社会声誊最坏的定律 。 有人甚至认为这条定律表明人种将从坏变得更坏 , 最终都要灭绝 。 但社会实质上不同于热力学上的隔离系统 , 而是一种复杂自组织系统 。
从热力学的观点来说 , "自组织"是指一个系统通过与外界交换物质、能量和信息 , 而不断地降低自身的熵含量 , 提高其有序度的过程;一个社会如果无组织、无约束 , 让其自发地发展 , 那一定会越来越混乱 , 因为熵增加 。 各种规章制度、职能部门就是在对抗着熵的增加 。
宇宙的命运
无论如何 , 50亿年后 , 太阳也会从有序的球体爆炸为无序的气体和粉尘 , 即星云 。
宇宙的熵会随着时间的流逝而增加 , 由有序向无序 , 当宇宙的熵达到最大值时 , 宇宙中的其他有效能量已经全数转化为热能 , 所有物质温度达到热平衡 。 宇宙中再也没有任何可以维持运动或是生命的能量存在 , 这种状态称为热寂 。
记得在哈利波特与混血王子里 , 邓布利多用魔杖轻轻一挥 , Slughorn借住的房子瞬间焕然一新 , 整洁如初——可惜这样的魔法只能留在霍格沃兹了 。
「咸水星空」熵增——有史以来最令人绝望的物理定律
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来源:银翼杀手
【「咸水星空」熵增——有史以来最令人绝望的物理定律】尽管熵增是不可逆的 , 但在人类的历史中 , 无时无刻都在自己的宇宙内努力对抗着这一过程 , 憧憬着秩序、美好、和平 。 也许从热力学角度来看 , 人类渺小、无奈 , 却执着追梦 , 便是人类生存的过程意义 。