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學到熱力學第二定律有種“悲從中來”的感覺,如何排解?

 昵稱11935121 2018-03-17

是的,題主描述的感覺很對,熱力學第二定律確實給人一種“悲從中來”“生無可戀”的感覺。感到了宇宙的黑暗和社會的墮落。

我在另外兩篇回答《有哪些物理定律的原理的詮釋震撼了你的三觀》和《物理學四大神獸掐架誰會贏》中都說過熱力學第二定律,在頭條號文章《孤獨的旅人:玻爾茲曼》中也講述過大神玻爾茲曼的故事,有興趣可以移步去看一眼,如果不想移步,那我在這里說,我盡量說的更詳細一些。

熱力學第二定律主要說的是一個孤立的熱力學系統(tǒng)會沿著熵增的方向發(fā)展,最后達到平衡狀態(tài)。

這個結果太恐怖了,我們都知道“生命在于運動”,那么完全平衡是一個多么恐怖 的狀態(tài)。如果把宇宙看做一個孤立的熱力學系統(tǒng),那么宇宙的終點就是一片死寂,將沒有能量維持物質的運動和生命的存在,這就是“熱寂說”。

為了破解這種恐怖的平衡,麥克斯韋派出了麥克斯韋妖。

“我們知道,在一個溫度均勻的充滿空氣的容器里的分子,其運動速度決不均勻,然而任意選取的任何大量分子的平均速度幾乎是完全均勻的。讓我們假定把這樣一個容器分為兩部分,A和B,在分界上有一個小孔,再設想一個能見到單個分子的存在物,打開或關閉那個小孔,使得只有快分子從A跑向B,而慢分子從B跑向A。這樣,它就在不消耗功的情況下,B的溫度提高,A的溫度降低,而與熱力學第二定律發(fā)生了矛盾”。

這個能見到單個分子的存在物就是麥克斯韋妖,這個妖精有極高的智能,可以追蹤每個分子的行蹤,并能辨別出它們各自的速度。

麥克斯韋據此認為,只有當我們能夠處理的只是大塊的物體而無法看出或處理借以構成物體分離的分子時,熱力學第二定律才是正確的,并由此提出應當對熱力學第二定律的應用范圍加以限制。

可是偉大的麥克斯韋給予這個妖精的功能太強大了,首先可以追蹤每個分子的行蹤,其次要能辨別每個分子的速度,這個功能太逆天了,但既然是妖,有些逆天功能也屬于正常。

對麥克斯韋妖的圍剿要等到信息論的出現(xiàn),得到或者擦除信息都同樣需要能量,就是說麥克斯韋妖要想得到分子速度的信息必須消耗能量,這樣就增加了熵,而且,熵的增量比麥克斯韋妖為了平衡熵而失去的量還多。

連和牛頓并稱的麥克斯韋都失敗了,那該腫么辦?難道我們就只能等待著死寂降臨,那我們還奮斗個什么勁啊,干脆去醉生夢死算了,不過不要著急,既然說的是宇宙,那就麻煩天文學家出場吧,畢竟他們的征途是星辰大海。

1929年,哈勃發(fā)現(xiàn)“所有星云都在彼此互相遠離,而且離得越遠,離去的速度越快”,并且提出了宇宙膨脹學說,意思就是整個宇宙正在不斷膨脹,星系間離得原來越遠,是膨脹的結果,而不是任何斥力的結果。

說形象一點就是,宇宙就好像是一個正在膨脹的氣球,氣球上的點就好像是星系,由于氣球的膨脹,氣球上的點的距離也會不斷變大。

還記得“熱寂說”的前提嗎?就是宇宙是一個孤立的熱力學系統(tǒng),就是一個宇宙是一個靜止的氣球,而不是不斷膨脹的氣球,現(xiàn)在宇宙膨脹了,“熱寂說”的前提就不存在了,那么“熱寂說”自然也就不存在了。

好了,我們現(xiàn)在恢復了對宇宙的希望,但是對人類社會的擔心還沒有消除。

按照熱力學第二定律,人類社會最后還不是一樣死水一潭,那么我們真的沒必要繼續(xù)奮斗了,反正結果都是一片混沌,是大家都一樣,那怎么辦呢?

這個論調在當時比“熱寂說”影響還大,畢竟這是關系我們自身的大事。

不過還是要看前提,熱力學第二定律的前提是孤立的熱力學系統(tǒng),人類社會根本就不是熱力學系統(tǒng)啊,何止人類不是,就是蜂群、蟻群也不是,這些都是自適應系統(tǒng),當然熱力學第二定律不會起作用了,所以我們還是要努力建設美好的明天,就算真是這樣,我們也不要灰心,電工劉不是說過嗎,“給歲月以文明,而不是給文明以歲月”。

不過還是有一個更大的詰難,那就是依照熱力學第二定律,是不能產生生命的,無論如何,生命都是一個低熵體,如果宇宙之初沒有產生生命,那么宇宙的熵越來越大,怎么會出現(xiàn)生命呢?

這叫做“駱施密特悖論”,當然“駱施密特悖論”不是這么說的,我說的形象了一點。

針對這一悖論,玻爾茲曼指出:熵增過程確實并非一個單調過程,但對于一個宏觀系統(tǒng),熵增出現(xiàn)要比熵減出現(xiàn)的概率要大得多;即使達到熱平衡,熵也會圍繞著其最大值出現(xiàn)一定的漲落,且幅度越大的漲落出現(xiàn)概率越小。

就是在熵的漲落中,以極小的概率出現(xiàn)了熵減少的現(xiàn)象,那么生命就這么出現(xiàn)了,熵的漲落理論造成我們這個秩序井然的低熵體世界,從一片混沌無序中有了地球的產生,有了低熵體生命,對于生命產生的理論玻爾茲曼的解釋比達爾文還要基本,因為物種起源都是建立在低熵的世界上。

好了,看到這里,相信題主已經又燃起了生活的希望,那我們一起關注,一起點贊,一起評論,一起轉發(fā)吧。

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