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让全宇宙都绝望的定律 - 熵增定律

2021-10-20  卡布卡让

    人活着就是在对抗熵增定律,生命以负熵为生。——薛定谔

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    熵增定律,也叫“热力学第二定律”。这是德国人克劳修斯提出的理论,最初用于揭示事物总是向无序的方向的发展、以及“孤立系统下热量从高温物体流向低温不可逆”的热力学定律。

    “熵”,就是事物的混乱/无序程度,在孤立系统下,熵是不断增加的,当熵达到最大值时,系统会出现严重混乱,最后走向死亡。

    它很好地解释了:为什么一杯开水放着放着就凉了,为什么沙漠的沙丘全都惊人的相似,为什么水只能从高处往低处流,为什么落地的树叶不会再变成树。

    熵增定律,一直被认为是令全宇宙都绝望的定律,它被解读为事物结构的必然衰退。

为什么熵增定律如此重要,因为它揭示了宇宙的终极演化规律。这个规律包括我们所有生命和非生命的演化规律,生命里又包含着个人和群体的演化规律。

    比如物质总是向着熵增演化,屋子不收拾会变乱,手机会越来越卡,耳机线会凌乱,热水会慢慢变凉,太阳会不断燃烧衰变……直到宇宙的尽头——热寂。

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什么是熵增定律

    定义:在一个孤立系统里,如果没有外力做功,其总混乱度(即熵)会不断增大。

    这里面有三个词非常重要:孤立系统、无外力做功、总混乱度(熵)。

    首先我们来解释什么是熵。熵(Entropy),最早在1865年由德国物理学家克劳修斯提出,用以度量一个系统“内在的混乱程度”。你可以理解为,系统中的无效能量。比如你花了100 J的能量把物体从A地拿到B地,这个过程中有很多能量并没有被100%的转化,而是有部分散失在了宇宙中。这部分能量不可逆,无法被再利用,且永远在增加。

    从这里你就可以推出,恒星终将熄灭,生命终将消失,宇宙将变成一片死寂,沦为熵。这个状态,也被称为热寂。

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    1、宇宙不是永恒的,灭亡是最终归宿

    大家都知道,喜马拉雅是地球第三极,是亚洲地区最重要的淡水资源地,是8亿人的淡水来源。

    近来关于“本世纪末喜马拉雅山脉大部分冰川可能消失”的新闻让人心生惶恐:8亿人的生存即将面临危机。有相关数据显示:从1975年到2000年,喜马拉雅地区冰川厚度每年平均减少大约0.25米;而从2000年开始,冰川厚度每年平均减少大约半米,冰川融化速度明显加快。若趋势持续下去,到本世纪末,喜马拉雅山脉的大部分冰川将会消失。

    气温升高是冰川加速融化的最重要原因,而我们人类还没有办法在不产生其它影响的情况下,为喜马拉雅造一个大型冰库,让其降温、冷冻冰川、锁住水源。熵增定律断绝了人类对于宇宙永恒的幻想,让人们认清了人类无法避免走向灭亡的命运。我们能做的,只能是呼吁低碳环保、减少尾气排放,以此抵抗熵增定律。

    在熵增定律面前,人类能做的,微乎其微。

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    2、反熵增,只能让灭亡来得晚一点

    薛定谔说:生命以负熵为食。也就是说,生命的维持和发展,是以造成环境的熵增加(亦即摄走负熵)为代价的。

    我们的宇宙在经历这样一个过程:从低熵低复杂度,到高熵高复杂度。高熵就意味着高度无序、高度混乱,为了改变这种状态,我们也并非坐以待毙:“耗散结构”就能够打破熵增定律的封闭系统,与外界产生物质交换。

    反熵增,即“熵减”,就是让事物从“无序”到“有序”,需要大量的投入。其结果未必是好的,只是减慢了灭亡的速度而已。

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    3、熵增定律,本质是时间定律

    熵增,也就是“无序”的增加,是事物发展的必然规律。任何自然规律,都离不开时间定律,“反熵增”显然是需要和时间赛跑。

    从无序到有序,这并不容易。一株小树苗,想要长成参天大树,必然需要不断从外界获取更多能量(阳光、水分、养料等“,在生长过程中逐步分形、长出枝丫和嫩叶,然后强化根系、扩大物理边界:这不仅是小树苗和自身细胞新陈代谢的较量,更是和时间的赛跑。

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