一條讓人絕望的物理定律，物理學家：寧願沒發現它

人類的現代科技文明是建立在物理學之上，牛頓的經典物理學讓火箭飛上太空，麥克斯韋的電磁學讓現代電工學發展起來，愛因斯坦的相對論讓導航衛星定位變得精確，量子力學讓現代電子工業建立起來。可以說，沒有物理學的發展，就沒有現代科技文明。

物理學的發展離不開物理定律的發現，新的定律有可能預示著新的物理學。幾條基本的物理學定律，就能構建起一座物理大廈，並能夠指導科技的發展。在過去的幾百年，物理學和科技就是這麼蓬勃發展起來的。

在這些物理學定律中，有一條讓物理學家「又愛又恨」。有的科學家寧願宇宙中就只有這條定律，有的科學家則寧願沒有發現這條定律。這條定律就是熱力學第二定律，或者它還有一個更加響亮的名字——熵增定律。

熱力學第一定律表明，能量是守恆的，無法被憑空創造出來，所以試圖造出一種能夠持續輸出能量的永動機是不可能的。自那之後，有些人又提出了另一類永動機，如果從自然界中吸收熱量，驅動永動機轉動，這樣就能源源不斷地對外做功，而且又沒有違背能量守恆定律，這就是第二類永動機。

但隨著熱力學第二定律的發現，人類意識到第二類永動機也是不現實的。雖然能量是守恆的，但有效的能量會越來越少。煤炭的有用能很高，但它們燃燒之後釋放出的能量不可能被全部用來做功，同時會產生一部分廢熱。

物理學家克勞修斯引入「熵」來表徵有用能的多少。能夠用於做功的能量越多，熵越小；有用能越少，熵越大。以煤炭為例，沒有燃燒的煤炭熵值小，燃燒之後殘留下來的煤渣熵值大。

在一個孤立系統中，有用能會越來越少，熵會變得越來越大，這就是熵增原理。如果從自然界中不斷吸熱，以此實現持續做功，導致有用能增加，就會違背熵增定律，所以這種永動機無法被造出來。

另一方面，熵也可以用來表徵系統的混亂程度。系統的混亂度越小，有序度越高，熵越小，反之熵越大。這可以用玻爾茲曼熵公式來描述：

S=k·logW

其中S為系統的熵；k為玻爾茲曼常數；W為微觀狀態數，其數值越大，系統越無序，熵值越高。這是一個非常奇妙的公式，它把微觀和宏觀直接聯繫在一起。

對於孤立系統，熵總會自發地增加，有序度越來越小。熵增原理是不可逆的，以生活中的常見事物為例——破鏡無法自發復原，水和牛奶混合後無法自發分開。從某種意義上來講，熵增也代表著時間的流逝，時間是不可逆的，熵只會增加。

這條物理學定律會推導出一個令人絕望的宇宙大結局——熱寂。如果宇宙是一個孤立系統，隨著時間的推移，熵將會不斷增加，宇宙的混亂度會越來越大，有用能逐漸消耗掉。人類以及其他生命都是負熵體，為了維持機能，我們要不斷消耗有用能，這會增加整個宇宙的熵，加速宇宙的衰亡。

據估計，宇宙可能會在10^1000年之後消耗完所有的自由能，整個宇宙處於熱平衡，達到熱寂的狀態。到了那時，宇宙停止運行，任何生命都不復存在。

很多人都說熵增定律會讓人醍醐灌頂，那麼，大家是否有領悟到什麼呢？