为什么“熵增定律”让很多人感到“顿悟”?
人类有很多“定律”,定律指的是人类在探索宇宙过程中发现的客观规律,定律是一种理论模型,不同的定律通常只能在特定的尺度下适用,超过某个尺度后,该定律就有可能失效。
当然,也有一些定律几乎适用于我们已知宇宙的全部地方,比如说热力学的三大定律,在整个宏观宇宙来看基本都是适用的。特别是热力学第二定律,这个定律被爱因斯坦称为“第一定律”,从热力学的角度来说,这个定律的含义是“热量从高温物体流向低温不可逆”,而在宇宙学中可以描述为,“孤立系统中的熵不会减少”。
热力学第二定律也被称为“熵增定律”,熵增定律可能是人类所有物理定律中最特殊的一个,有人认为熵增定律是一个让人感到“绝望”的定律,因为从某种角度去看,宇宙也可以被视为一个封闭系统,那么我们宇宙中的“熵”也会不断增加,直到进入熵的最大值,早期科学家认为,“热寂”是宇宙熵最大值时的结局,但是从现在的研究来看,宇宙很难达到热寂论中的热平衡。
想要搞明白熵增定律的意义,首先要清楚“熵”究竟是什么,熵是一个形容系统混乱程度的概念,比如说,我们可以把一个冰箱暂时视为一个封闭系统,冰箱中的食物会随着时间的推移变质,最终发霉腐败,被微生物完全分解,这个过程就是一个“熵增”的过程。
熵增是能量转移带来的必然结果,看到这里你可能会感到有些疑惑,为什么熵增不可逆呢?就如同刚刚冰箱的例子,只要我们主动清理冰箱,更换新的食物不就好了吗?表面看起来暂时的解决了,但是你更换食物的过程,其实消耗了更多的能量,想要让一个系统中的熵减少,必然会让更大系统中的熵增加。
从熵增定律来看,宇宙的结局必然是熵增,在无限遥远的未来,宇宙会有一个结局,全部的恒星都熄灭,原子几乎不再运动,整个宇宙进入最低能的状态,无限接近绝对零度,整个宇宙陷入死寂。但是这也不绝对,因为我们无法确认宇宙是一个封闭系统,“平行宇宙”和“多维空间”都可能会让宇宙“熵减”。也有理论认为,宇宙的演化本身就是不断的“轮回”,在宇宙达到极限后就会向内收缩,再次变成一个“奇点”。
宇宙中的熵在缓慢增加,对于现在的人类来说,担心宇宙的结局其实还是有些太早了,至少还有很多亿年宇宙会长久地保持稳定,给人类充足的发展时间。我们更应该关注熵增定律给我们的生活带来的影响
很多生物学家和信息学家认为,生命的存在不利于热力学平衡,薛定谔在自己的著作中写道“生命以负熵为食”,这句话的含义是说,地球上生物的发展和延续,需要不断地从外界摄取负熵才能长久地维持下去,就以人类为例,我们需要不断地从外界摄取食物,然后把剩余的残渣排泄出去,食物的状态是高度有序的,排泄物的状态比较无序,在这个过程中我们摄取了外界的负熵,保证自己正常生存的同时,造成了外界熵不断增加。
很多人在了解的熵增定律后,就会感觉自己“顿悟”了,这是因为熵增定律不仅仅在宇宙和生命上适用,在绝对大部分系统中,熵增定律都同样适用,如果不进行改变,那么一个系统必然会随着时间的推移变得越来越“混乱”,也就是随着时间推移自然产生“熵增”,但是人类可以有序地从外界获取能量,让这个系统“熵减”。
不论是公司还是国家,又或者是人类社会本身,如果不优化不从外界获取能量,就会达到“熵的最大值”,最终整个系统杂乱无章,一切也就结束了。生命最神奇的地方就是可以主动的从外界获取负熵,而在所有生命中,只有人类具备高等智慧,我们可以主动的调整某个系统中的熵,从外界给这个系统补充能量,让这个系统中的熵降低,虽然熵增是不可避免且不可逆的,但是我们可以想办法减缓这个过程,这样做也有一个缺点,那就是会增加更大系统中的熵,或许在人类科技发展到某种程度后,可以改变宇宙熵增的结局。
纵使生命不断的以负熵为食,也只能减缓熵增,最终熵还是会达到最大值,也就是“死亡”。
不论人类的科技多么发达,个体都不可能永恒存在,我们只能尽量地延缓每个系统存在的时间,让熵增来得更晚一些。