科学家|一个让人感到绝望的物理定律,科学家:宁愿不知道它存在( 二 )
再举一个便于理解的例子:在下雪的夜晚 , 封闭的操场上由于没人走动雪会越积越多 , 因为每一片雪花都会自发地落到地面 , 然后堆积起来平铺成非常平坦的一层 。 此时就是熵值最大的时候 , 因为达成了宏观平衡 。
或许有人会说 , 此时将操场上的雪全部清理出去 , 就不是将操场内的熵降低了吗 , 为什么还说它是一个不可以逆转的过程呢?
有这个疑惑说明你对熵增定律还没有真正理解 。 由于扫雪这个动作需要外界能量进行驱动 , 而在能量转换率不可能达到百分百 , 必然会产生额外的热量 , 额外的热量加上扫雪所做的功 , 其实是大于扫雪让操场减的熵 , 所以从操场这个孤立的系统中来看 , 它的熵值依旧是增加了 , 并没有因为雪的减少而减少 。
当然了 ,如果你觉得这有些晦涩难懂也没关系 , 这是十分正常的情况 , 因为许多科学家在最开始都对此感到难以理解 , 甚至有科学家还专门设计了一些实验 , 试图证明这个难以理解的定律是错误的 。
1871年 , 被誉为“现代物理学先声”的物理巨匠麦克斯韦 , 为了证明熵增定律只有在某些限定条件下才能成立 , 从而设想了一个非常有意思的实验 。
麦克斯韦设想一个完全隔热的箱子被挡板分成A和B两个区域 , 挡板由一只小妖控制 , 小妖知道箱子中每一个分子的运动速度 。
当A区域中速率高的分子将要撞击挡板时 , 小妖会打开挡板 , 将其引导进B区域 , 那些速率不高的分子则留在A区域中 。
而另一区域则完全相反 , 小妖会让B区域运动速率高的留在B区域不动 , 将那些运动速率低的分子引导进A区域 。
一段时间之后 , A区域的分子整体速率会偏低 , 而B区域则会偏高 , 即A区域温度较低、B区域温度较高 。
要知道按照热力学第二定律 , 热量总会从高温热源向低温热源移动 , 最后归于平均 , 这是不可逆的过程 。 而此时原本温度相同的两个区域却产生了越来越大的温度差 , 这说明热力学第二定律并非不可逆 。
对于这个在后来被称为“麦克斯韦妖”的设想实验 , 虽然当时许多人都觉得很不合理 , 存在着致命的“漏洞” , 但受限于当时的物理发展水平 , 谁也说不出究竟是哪里不对劲 。
直到20世纪50年代信息熵概念的出现 , 人们才彻底制服了这只“麦克斯韦妖” 。 因为小妖在箱子中为了完成分子的归类 , 必须要获得分子的速率信息 , 这种获取信息造成的熵增 , 足以抵消分子动能迁移减少的熵 。
所以从整体上看 , 这个看似无懈可击的实验 , 其实还是遵循着热力学第二定律 , 这个实验不仅没有打破这个定律 , 反而是对定律的再次肯定 。
此时回到文章开头提到的问题 , 一个普通的熵增定律怎么会和绝望与恐惧联系到了一起呢?
我们都知道 , 世间万事万物都在不停的消耗能量 , 而从宏观上看宇宙就是一个孤立的系统 , 能量的消耗意味着系统的“熵”会越来越大 , 混乱的程度也就会越来越大 , 而当混乱程度或无序程度达到峰值时 , 就意味着灭亡 。
所以按照熵增定律 , 宇宙这个孤立系统总有一天会消亡 , 而作为生活在其中的智慧生物 , 当然会感到绝望和恐惧 , 毕竟不是谁都能接受宇宙中的一切变成无意义粒子 。
而从某种角度上来看 , 人类文明又何尝不是一个封闭的系统呢?所以按照熵增定律 , 消亡将会是人类文明最终难逃的结局 。
或许我们可以依靠科技手段进行“熵减” , 但这不过是延缓消亡到来的时间 , 并不能真正意义上的改变结局 。
当然了 , 虽然熵增定律让人感到害怕 , 但别忘了 , 人类目前对宇宙的认识仅仅算是皮毛 , 谁也不知道它漆黑的帷幔后究竟隐藏着多少秘密 。
或许在未来的某一天 , 熵增定律会像地心说一样被扫进历史的垃圾堆 , 所以我们完全不用对此有任何心理负担 , 更何况这一天的到来还早着呢 , 开心过好当下才是最重要的事情 。
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