中國小康網 獨家專稿
我們在科幻裡面經常看到一些現實中不容易看到的神奇景象，比如《哈利·波特》裡面的魔棒。魔棒一指，就有神奇的事情發生：指著一潭水，潭水立馬結冰；指著一個亂糟糟的房間，房間旋即恢復秩序……散落一地的紙張飛到桌子上，變回一本書；亂扔的衣物跑到衣櫃裡面，疊放得整整齊齊……摔碎的花瓶可以復原，打破的鏡子可以重圓……這些景象，現實世界裡會發生嗎？問題的答案，全在一個「熵」字。
什麼是熵？熵是物理學中最重要的概念之一，重要性僅次於能量。熵是度量系統的混亂度。比如一個箱子中的空氣，一種情況是分子聚集在箱子一角，還有一種情況是分子遍布於箱子的每一個角落。那麼毫無疑問，所有分子聚集在箱子一角的情況較為有序——換句話說就是，熵比較小；而箱子裡遍布分子的情況，則較為混亂——換句話說就是，熵比較大。
系統變得混亂，熵也隨之增大。熵就是這麼一個概念，1854年由克勞修斯首次提出。前面提到的，無論是一潭水變成冰，還是混亂的房間變得有序，都是從無序到有序，從熵大到熵小的過程。這種事情會發生嗎？答案是：基本上不可能。因為違反了物理學定律。
日常生活中，我們經常遇到這種情況：握著一根金屬棒在燃氣灶上燒，要不了多久，金屬棒會把燃氣那邊的熱量傳到手上。這叫熱傳導，也就是熱量傳遞。熱量的傳遞，通常是從溫度高的地方傳向溫度低的地方。再看一個例子，一個杯子放熱水，一個杯子放涼水。兩個杯子遠遠分開的話，什麼事也不會發生。可一旦靠在一起，再用一枚U形金屬棒連通的話，很快兩杯水的溫度就會趨於相同——溫度高的變低，溫度低的變高。這也是熱傳導。推而廣之，可以得出一個結論：世界是趨於平衡的，趨近於大家的溫度變成一樣高。就是說，熱量只會從溫度高的地方向低的地方傳，從來不會顛倒方向。這是熱力學第二定律的一個體現。
另外一個例子是：一杯溶液，一邊濃度低，一邊濃度高。大家會發現，溶劑分子總是從濃度高的地方向濃度低的地方擴散。與熱傳導過程類似，這是擴散過程。一個生活中常見的例子是：滴一滴墨水到一杯水裡面。剛開始的時候，水面附近的墨水濃度很高，不一會兒，你會發現整杯水都變成了墨水，且濃度均勻。這一切都告訴我們，任其自然的話，都會朝著混亂度增大的方向發展。一滴墨水集中在一個地方的時候，它是比較有序的，可以準確地說出這滴墨水在哪兒；而由於擴散，發展到整個杯子都有墨水的時候，就不好說它到底在哪兒了。這個時候，它的混亂度就比較大，用克勞修斯的話說，就是熵比較大。孤立系統永遠是熵增的，它的混亂度趨於變大。這就是熱力學第二定律。
回顧一下《哈利·波特》裡面的場景：用魔棒將潭水變成冰。本來這潭水的溫度跟空氣一樣高，想讓它變成冰，周圍的空氣就要吸收它的熱量。結果就是，空氣溫度升高，而潭水溫度降低。這意味著熱量要是從溫度低的地方向溫度高的地方傳導，跟正常的熱傳導過程剛好相反，違反了熱力學第二定律。看一個有些「好吃」的例子：將雞蛋打碎，放進鍋裡煎，就做出了好吃的煎雞蛋。而相反的過程——煎熟的雞蛋變成生雞蛋，回到雞蛋殼裡，變成一顆完整的雞蛋——則不會發生。這同樣違反熱力學第二定律。在《哈利·波特》裡面，我們看到家具在魔棒的指引下，歸回原位；裝飾品打碎了，書撕碎了，都在空中自行復原，落回到書架上。所有這一切都違反熱力學第二定律。
（《小康》·中國小康網 獨家報導）
本文刊登於《小康》2019年4月上旬刊
作者：李淼
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