絕非聳人聽聞:熱力學第二定律最終可能決定人類文明的命運

2020-12-05 天文同好樂園

經典熱力學主要由19世紀的科學先驅,如克勞修斯、開爾文、玻爾茲曼和吉布斯等人發展而來。它主要處理平衡系統中的問題,可以根據一系列略有不同的狀態,描述事物將會產生哪些非常複雜的變化。科學家們認為,對於今天的人類文明來說,熱力學定律非常重要,尤其是熱力學第二定律,它可能會最終決定人類文明的命運。

簡單地說,熱力學第一定律的意思是,你不可能不勞而獲,即天下沒有免費的午餐。換句話說,宇宙中的物質和能源的總量是恆定的。熱力學第二定律可以算是最有趣、最有深意的,它的意思是說,宇宙中熵(代表無序或混亂)的總量總是增加的。這意味著萬物皆會最終消失,物體必須腐爛、生鏽、老化、衰退或者瓦解,這一過程而且是不可逆的。

比如說,當你煎一個雞蛋時,看似很簡單,三兩分鐘就可以完成,但這中間其實包含了一系列複雜的變化。打破雞蛋殼、將雞蛋翻面等等看似微不足道的動作,都是人體的運動,運動就會產生熱量,雖然微不足道但真真切切地增加了環境的無序度。最重要的是你必須要消耗能源,無論是消耗液體燃料、氣體燃料或者是電能,這些都進一步促使局部環境中熵的總量增加了。那麼,你能將這一過程逆轉嗎?能讓煎蛋再回到最開始的樣子嗎?很顯然不能。

這就引出了一個令人深思的問題:如果未來人類文明盲目地產生能量,不斷地產生廢熱,不斷地使得地球環境的總熵增加,總有一天我們的地球家園將無法居住。熵,通過廢熱、混亂以及汙染的形式,將從根本上摧毀我們的人類文明。同樣地,如果通過砍伐森林製造紙張,並最終產生堆積如山的廢紙的方式承載信息,人類文明將被埋葬在自身的信息垃圾之中。

因此,有科學家對未來的人類文明提出了兩種新的定義。第一種是「熵節約文明」,這種文明使用可支配的一切手段來處理多餘的廢熱和垃圾,以盡力延緩熵增長的速度。但由於人類文明對能源的需求繼續快速增長,整個行星的總熵將繼續增長,但如果使用納米技術和可再生資源來消除浪費和低效,熵的增長將是可控的,甚至局部的熵還可以減少。

第二種是「熵浪費文明」,這種文明繼續擴大自身的能源消耗而不受限制。最後,地球這顆行星將無法居住,而這種文明將試圖通過向其它行星的擴張和殖民來逃離自身製造的困境。但是,在外太空建立殖民地的成本將會限制它的擴張能力,如果最終地球熵增長的速度超過了它向其它行星擴張的速度,那麼,這個文明將面臨毀滅性的災難。

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    熱力學第二定律,揭示出自然法則,或許暗示了人類的結局!人類誕生以來,就經歷了各種各樣的文明時代,從原始的採獵生活,到有了分工和階級的氏族,人與動物最本質的區別,其實是人類不必像其他動物那樣,遵循著「物競天擇」的法則。
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    根據這一點, 再結合達爾文和克勞修斯對熱力學第二定律的表述, 我們可以得出以下結論:功向熱的轉變過程是不可逆的, 且熱傳遞的過程同樣是不可逆的。再者, 我們可以這樣來看待熱力學第二定律的不同表述形式, 即在所有的熱現象中, 只要是與之有關的宏觀過程, 其實都具有不可逆性。在認識熱力學第二定律時, 我們必須牢牢的抓住這一點, 認清熱力學第二定律的本質, 才能掌握好熱力學相關知識。
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    熱力學第二定律的實質就是:熱量只能自發地從高溫向低溫順向流動,而從來不反流。如果發現了熱量「反流」的事實,熱力學第二定律的實質就被突破了。其實,客觀上存在許多熱力學第二定律的反例:1 .熱力學第二定律不能解釋為十麼熱水比冷水結冰快,這是一個重要的違反熱力學第二定律的實例。該問題將由專文來說明(見本人的「為什麼熱水比冷水結冰快?的非熱力學的「另類」解釋」。)------ 等等。上述這些熱量「反流」的反例必將突破熱量從來不反流的熱力學第二定律。
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    熱力學第二定律和哥德爾不完備定理、測不準原理和光的波粒二相性一起,成了人文學者最喜歡引用的四大「科學原理」。  但是高中物理並不介紹熱力學第二定律,許多經常把這一定律掛在嘴上的人,實際上並不理解它講的是什麼。
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  • 進化與熱力學第二定律矛盾嗎?
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    我認為,熵增定律——熱力學第二定律——在自然界的定律中具有至高無上的地位。如果你的理論被發現違背了熱力學第二定律,你就一點希望都沒有,結局必然是徹底崩塌。其實,我在學習熱力學第二定律這個思維模型之前,從來沒覺得會有一個思維模型讓我把三觀給顛覆了。即使到現在,這個概念對我帶來的影響,真就像王興說的那樣,深刻的不寒而慄。
  • 解讀|熱力學第二定律,給我們帶來巨大的指導意義!
    這是相當違反自然定律的事情,相當於桌上有一杯水,突然一半變得越來越熱,另一半越來越冷。根據熱力學第二定律,為了實現它,我們要付出一定的代價:即花費額外的電能。我們花費了很多電能,用來搬移熱量,卻不能消滅熱量。相反,用電本身還會產生更多的熱能。因此,從整體來講,大量空調的使用,會讓整個城市的整體問題升高,我們可以把它看成是,人類獲得室內涼爽的「代價」。
  • 熱力學的基礎定律
    關於「能量」最普遍,最基本的定律之一是「能量守恆定律」,該定律的表述是「存在於自然界的能量既不會自然地消失,也不能人為創造,能量只能從一種形式轉換為另一種形式存在於自然界」。熱力學第一定律是能量守恆定律的一種表達方式,它表徵工質的內能,機械能及熱能之間互相轉換關係的定律。
  • 今天來點燒腦筋的:熱力學三大定律科普
    這個定律有很多表達形式,數學式的表達為:根據普遍的能量守恆定律,系統由初態Ⅰ經過任意過程到達終態Ⅱ後,內能的增量ΔU應等於在此過程中外界對系統傳遞的熱量Q 和系統對外界作功A之差,即UⅡ-UⅠ=ΔU=Q-A或Q=ΔU+A這就是熱力學第一定律的表達式。熱功當量被發明之後首先就是使人們放棄了幾百年來探尋永動機的幻想,因此該定律還有一種很便於理解的表達形式: 「不可能製造出第一類永動機」。
  • 熱力學定律和能量守恆
    2.熱力學第二定律(1)熱力學第二定律的兩種表述①克勞修斯表述:熱量不能 自發地 從低溫物體傳到高溫物體。(2)用熵的概念表示熱力學第二定律在任何自然過程中,一個孤立系統的總熵不會 減小 。(3)熱力學第二定律的微觀意義一切自然過程總是沿著分子熱運動的 無序性 增大的方向進行。
  • 熱力學第二定律要被科學家實驗推翻?麥克斯韋妖要出現才對
    作為科普圈一員,小編算是很關注行業動態的,最近一條科學新聞刷了小編的屏,話說一位巴西科學家做了一個實驗,被很多外行媒體帶了一波節奏,最後標題成了「疑似推翻了熱力學第二定律」。熱力學第二定律這條定律可以說是這個宇宙鐵的不能再鐵的鐵律了,所以熱二定律被推翻,不存在的,至少本世紀看不到希望。我們的宇宙最終會變成一團漿糊其實這個實驗不僅沒有推翻熱力學第二定律,反而麥克斯韋妖可能要找到了。