火星一号物理学家：宁愿没发现它，一条让人感到绝望的物理定律人类的现代科技文明是建立在物理学之上

【火星一号物理学家：宁愿没发现它，一条让人感到绝望的物理定律】

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人类的现代科技文明是建立在物理学之上，牛顿的经典物理学让火箭飞上太空，麦克斯韦的电磁学让现代电工学发展起来，爱因斯坦的相对论让导航卫星定位变得精确，量子力学让现代电子工业建立起来。可以说，没有物理学的发展，就没有现代科技文明。
物理学的发展离不开物理定律的发现，新的定律有可能预示着新的物理学。几条基本的物理学定律，就能构建起一座物理大厦，并能够指导科技的发展。在过去的几百年，物理学和科技就是这么蓬勃发展起来的。

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在这些物理学定律中，有一条让物理学家“又爱又恨” 。有的科学家宁愿宇宙中就只有这条定律，有的科学家则宁愿没有发现这条定律。这条定律就是热力学第二定律，或者它还有一个更加响亮的名字——熵增定律。
热力学第一定律表明，能量是守恒的，无法被凭空创造出来，所以试图造出一种能够持续输出能量的永动机是不可能的。自那之后，有些人又提出了另一类永动机，如果从自然界中吸收热量，驱动永动机转动，这样就能源源不断地对外做功，而且又没有违背能量守恒定律，这就是第二类永动机。

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但随着热力学第二定律的发现，人类意识到第二类永动机也是不现实的。虽然能量是守恒的，但有效的能量会越来越少。煤炭的有用能很高，但它们燃烧之后释放出的能量不可能被全部用来做功，同时会产生一部分废热。
物理学家克劳修斯引入“熵”来表征有用能的多少。能够用于做功的能量越多，熵越小；有用能越少，熵越大。以煤炭为例，没有燃烧的煤炭熵值小，燃烧之后残留下来的煤渣熵值大。

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在一个孤立系统中，有用能会越来越少，熵会变得越来越大，这就是熵增原理。如果从自然界中不断吸热，以此实现持续做功，导致有用能增加，就会违背熵增定律，所以这种永动机无法被造出来。

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另一方面，熵也可以用来表征系统的混乱程度。系统的混乱度越小，有序度越高，熵越小，反之熵越大。这可以用玻尔兹曼熵公式来描述：
S=k·logW
其中S为系统的熵；k为玻尔兹曼常数；W为微观状态数，其数值越大，系统越无序，熵值越高。这是一个非常奇妙的公式，它把微观和宏观直接联系在一起。

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对于孤立系统，熵总会自发地增加，有序度越来越小。熵增原理是不可逆的，以生活中的常见事物为例——破镜无法自发复原，水和牛奶混合后无法自发分开。从某种意义上来讲，熵增也代表着时间的流逝，时间是不可逆的，熵只会增加。
这条物理学定律会推导出一个令人绝望的宇宙大结局——热寂。如果宇宙是一个孤立系统，随着时间的推移，熵将会不断增加，宇宙的混乱度会越来越大，有用能逐渐消耗掉。人类以及其他生命都是负熵体，为了维持机能，我们要不断消耗有用能，这会增加整个宇宙的熵，加速宇宙的衰亡。

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据估计，宇宙可能会在10^1000年之后消耗完所有的自由能，整个宇宙处于热平衡，达到热寂的状态。到了那时，宇宙停止运行，任何生命都不复存在。

火星一号 物理学家：宁愿没发现它，一条让人感到绝望的物理定律

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