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学到热力学第二定律有种“悲从中来”的感觉,如何排解?

 昵称11935121 2018-03-17

是的,题主描述的感觉很对,热力学第二定律确实给人一种“悲从中来”“生无可恋”的感觉。感到了宇宙的黑暗和社会的堕落。

我在另外两篇回答《有哪些物理定律的原理的诠释震撼了你的三观》和《物理学四大神兽掐架谁会赢》中都说过热力学第二定律,在头条号文章《孤独的旅人:玻尔兹曼》中也讲述过大神玻尔兹曼的故事,有兴趣可以移步去看一眼,如果不想移步,那我在这里说,我尽量说的更详细一些。

热力学第二定律主要说的是一个孤立的热力学系统会沿着熵增的方向发展,最后达到平衡状态。

这个结果太恐怖了,我们都知道“生命在于运动”,那么完全平衡是一个多么恐怖 的状态。如果把宇宙看做一个孤立的热力学系统,那么宇宙的终点就是一片死寂,将没有能量维持物质的运动和生命的存在,这就是“热寂说”。

为了破解这种恐怖的平衡,麦克斯韦派出了麦克斯韦妖。

“我们知道,在一个温度均匀的充满空气的容器里的分子,其运动速度决不均匀,然而任意选取的任何大量分子的平均速度几乎是完全均匀的。让我们假定把这样一个容器分为两部分,A和B,在分界上有一个小孔,再设想一个能见到单个分子的存在物,打开或关闭那个小孔,使得只有快分子从A跑向B,而慢分子从B跑向A。这样,它就在不消耗功的情况下,B的温度提高,A的温度降低,而与热力学第二定律发生了矛盾”。

这个能见到单个分子的存在物就是麦克斯韦妖,这个妖精有极高的智能,可以追踪每个分子的行踪,并能辨别出它们各自的速度。

麦克斯韦据此认为,只有当我们能够处理的只是大块的物体而无法看出或处理借以构成物体分离的分子时,热力学第二定律才是正确的,并由此提出应当对热力学第二定律的应用范围加以限制。

可是伟大的麦克斯韦给予这个妖精的功能太强大了,首先可以追踪每个分子的行踪,其次要能辨别每个分子的速度,这个功能太逆天了,但既然是妖,有些逆天功能也属于正常。

对麦克斯韦妖的围剿要等到信息论的出现,得到或者擦除信息都同样需要能量,就是说麦克斯韦妖要想得到分子速度的信息必须消耗能量,这样就增加了熵,而且,熵的增量比麦克斯韦妖为了平衡熵而失去的量还多。

连和牛顿并称的麦克斯韦都失败了,那该肿么办?难道我们就只能等待着死寂降临,那我们还奋斗个什么劲啊,干脆去醉生梦死算了,不过不要着急,既然说的是宇宙,那就麻烦天文学家出场吧,毕竟他们的征途是星辰大海。

1929年,哈勃发现“所有星云都在彼此互相远离,而且离得越远,离去的速度越快”,并且提出了宇宙膨胀学说,意思就是整个宇宙正在不断膨胀,星系间离得原来越远,是膨胀的结果,而不是任何斥力的结果。

说形象一点就是,宇宙就好像是一个正在膨胀的气球,气球上的点就好像是星系,由于气球的膨胀,气球上的点的距离也会不断变大。

还记得“热寂说”的前提吗?就是宇宙是一个孤立的热力学系统,就是一个宇宙是一个静止的气球,而不是不断膨胀的气球,现在宇宙膨胀了,“热寂说”的前提就不存在了,那么“热寂说”自然也就不存在了。

好了,我们现在恢复了对宇宙的希望,但是对人类社会的担心还没有消除。

按照热力学第二定律,人类社会最后还不是一样死水一潭,那么我们真的没必要继续奋斗了,反正结果都是一片混沌,是大家都一样,那怎么办呢?

这个论调在当时比“热寂说”影响还大,毕竟这是关系我们自身的大事。

不过还是要看前提,热力学第二定律的前提是孤立的热力学系统,人类社会根本就不是热力学系统啊,何止人类不是,就是蜂群、蚁群也不是,这些都是自适应系统,当然热力学第二定律不会起作用了,所以我们还是要努力建设美好的明天,就算真是这样,我们也不要灰心,电工刘不是说过吗,“给岁月以文明,而不是给文明以岁月”。

不过还是有一个更大的诘难,那就是依照热力学第二定律,是不能产生生命的,无论如何,生命都是一个低熵体,如果宇宙之初没有产生生命,那么宇宙的熵越来越大,怎么会出现生命呢?

这叫做“骆施密特悖论”,当然“骆施密特悖论”不是这么说的,我说的形象了一点。

针对这一悖论,玻尔兹曼指出:熵增过程确实并非一个单调过程,但对于一个宏观系统,熵增出现要比熵减出现的概率要大得多;即使达到热平衡,熵也会围绕着其最大值出现一定的涨落,且幅度越大的涨落出现概率越小。

就是在熵的涨落中,以极小的概率出现了熵减少的现象,那么生命就这么出现了,熵的涨落理论造成我们这个秩序井然的低熵体世界,从一片混沌无序中有了地球的产生,有了低熵体生命,对于生命产生的理论玻尔兹曼的解释比达尔文还要基本,因为物种起源都是建立在低熵的世界上。

好了,看到这里,相信题主已经又燃起了生活的希望,那我们一起关注,一起点赞,一起评论,一起转发吧。

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