為什麼說熵增定律是一個讓人絕望的定律?

2020-11-26 院長科普

在了解熵增定律之前,我們先要知道一個方程

S=K.log W

這個就是玻爾茲曼輸運方程,關於此方程描述的系統,一個經典的例子是空間中一具有溫度梯度的流體。構成此流體的微粒通過隨機而具有偏向性的流動使得熱量從較熱的區域流向較冷的區域。另外的一個就是我們要還要理解熵的概念。

從物理的角度來講,我們可以將熵看成一個衡量系統能量混亂度的物理的量。熵底的系統,有序程度高,熵高的系統就比較混亂。從能量的角度可以理解為,能量在轉換的過程中無法實現100%的利用,總有部分能量被消耗掉,變成混亂無序的熱能。這部分能量導致了熵增,熵增定律在很多自然現象中都可以提現出來。因為這是自然界自然的發展方向,就是從有序到無序的轉變。

有序和無序只是便於理解,實際上無序是大概率的意思,有序是小概率。事物總是往大概率方向發展,就是增熵。

熵增定律在物理分子上也有很直觀的解釋,就是由於分子間存在碰撞等能量的交換,所有的分子都會有變層,無規則混亂無章相對運動最低的趨勢,不會出現局部分子速度跟周邊分子速度存在巨大差異的情況。在宏觀上表現為物質的能量,都有向熱能轉化的趨勢,就像是高溫向低溫轉化一樣,因為溫度便是分子無序運動這就是物理特性。

熵增定律也是一個讓人絕望的定律,如果把整個宇宙想像成一個孤立的系統,那麼宇宙的熵就會越來越多,直到宇宙不在進行能量的交換,如果沒有能量的交換宇宙就會停止運行。這就是「熱寂說」。

熵達到最大值,不再增加,全宇宙達到熱力學平衡,處處均勻,時間就會失去意義。

只做良心科普,我是院長,我在下一期等著你。

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