本文參加百家號科學#了不起的基礎科學#系列徵文
物理是人類科學中最重要的組成部分,我們觀察宇宙還有量子之間的規律,都需要物理作為基礎,現代科學家中比較著名的都是物理學家,比如:「愛因斯坦」「霍金」「牛頓」,他們在物理學上的發現,都足以改變我們人類對宇宙的認知,可以說,每一次物理學上的重大突破,都是人類走向宇宙真相最重要的一步。
那麼,人類科學上最重要的定律是什麼呢?答案可能和你想的不一樣,這個定律被愛因斯坦稱為「科學定律之最」,它就是——熵定律。關於這個定律,我們在日常生活中可能接觸得很少,甚至很多人都沒有聽說過這個定律,既然被愛因斯坦稱為「第一定律」,為什麼它的名氣這麼小呢?
在物理的世界中,也存在基本要素,「能量守恆」就是最關鍵的要素,我們可以想像一下,在我們的常識世界中,一切都是會是會隨著時間衰變的,沒有什麼東西可以永遠存在,就算是炙熱如太陽,也會在未來的一天消耗完全部能量,走向毀滅。
曾經許多科學家都試圖製造「永動機」,來突破現有的物理格局,但是這些科學家無一例外的都失敗了,畢竟能量守恆,每一種力都會在運動中消耗,熵定律就和這個現象有關,一開始熵是在物理學中一個普通的定律,在後來被運用在了哲學和人類學上,成為了一個讓人「絕望」的定律。
熵是一個孤立系統中,混亂程度的總和,同時這個混亂度是在不斷增加的,所以熵定律也被稱為「熵增定律」,同時也是熱力學第二定律,代表的意義是,熱量從一個高溫的物體轉移到一個低溫物體身上的過程是不可逆的,比如我們燃燒一塊煤炭,它散發出了熱量,同時也揮發出了二氧化碳和各種氣體,對於宇宙這個整體來說,煤炭的能量沒有消失,只是轉化成為了其他氣體或者能量,但是想要重新把這些氣體和能量變成一顆煤炭,是十分困難的。
在宇宙中,熵是在不斷增加的,因為能量會隨著溫度轉移,煤炭從固體變成了流動的其他和熱量,就造成了宇宙「混亂程度」的增加,這個混亂是無法逆轉的,就像是我們有一個組裝好的積木玩具,它可能會因為各種原因被弄壞,重新散落成為一地的零件,這個時候我們想要恢復它就需要更多的力氣。
熵就是「混亂程度」,「熵增」代表是宇宙中的一切,都會變得越來越「混亂」,如果宇宙中的熵不斷增加,那麼宇宙結局就是從一個有序的空間,變成一片虛無的「混亂」,所以我們才會把這個定律稱為最讓人絕望的物理定律,宇宙中的一切,都會因為熵增,變成「無序」,就拿地球來說,因為地球中的熵不斷增加,能量在傳遞的過程中,慢慢變得無序且混亂,地球就會在未來變得「無序」,也就是毀滅。
那麼熵真的是不可減少的嗎?其實不然,薛丁格就就針對熵增指出,生命誕生的本身意義就是「逆轉熵增」,如果宇宙中沒有生命,那麼宇宙的終點就是成為一片混亂的虛無,因為宇宙沒有自我意識,不會尋找方法改變這個必然的結果,誕生宇宙中會因為種種巧合,誕生出智慧生命,智慧生命的自我意識會抗爭「死亡」,如果成功,也就實現了「逆熵」。
生命誕生的本意就是為了「逆熵」,但是因為熵的不可逆轉,生命會出現死亡,就拿生命進食來看,我們吃下有序的食物,把食物變成無序的排洩物,這複合「熵增定律」,但是我們人類自身也會通過化學反應,散發熱量回饋宇宙,一定程度上減少了熵增,生命依靠各種複雜的方式,抵抗了一些「熵增」,可惜的是,生命的力量對於宇宙來說太渺小,或許只有我們的科學發展到足夠的地步,才可以抵抗熵增,改變宇宙走向無序的命運。
看來生命的遠比我們想像的要神奇,不論是有意還是無意,地球上的生命都減緩了不可逆轉的熵增,宇宙變成完全無序的虛無,需要的時間至少是用百億年來計算的,我們人類用了一萬年的時間,就創造出了輝煌的文明,在宇宙熵增的過程中,我們還有數以億計的時間改變這個結果,希望在未來,我們的科學足以改變這個讓人害怕的定律。
你認為人類在未來可以做到「逆熵」嗎?歡迎在下方留言討論,也可以關注我,每天帶來不一樣的科學趣聞!