“物理學”是科學中影響力最大的一門學科,世界知名的科學家基本都是物理學家,因為許多物理定律的出現直接顛覆了人類對宇宙的認知,同時物理學也是人類探索宇宙研究物質運動的基礎。 宇宙的本質就是物質的運動,時間和空間的概念都是在物質運動的基礎下誕生的,而物理學就是研究物質一般運動和基本結構的學科,可以說,物理學就是在探索宇宙的本質,在尋找一切問題的答案。 那么,在物理學中存在很多科學定律,所有科學定律中最重要的定律是哪一個? 愛因斯坦認為,熱力學第二定律“熵增定律”是科學定律之最,在所有科學定律中,這個定律是最重要的,但是也有科學家認為,“熵增定律”是最讓人感到害怕的物理定律,因為這個定律說出了宇宙的結局,科學家甚至表示寧愿自己沒有發(fā)現它。 熱力學第一定律和第二定律的相關研究源自于科學家對“一類永動機”和“二類永動機”的研究,這兩個定律證明,永動機不可能被制造出來,任何違背熱力學第二定律的機器就可以被稱為第二類永動機。但是在人類的研究中,不存在任何違背熱力學第二定律的現象,“熵”的總值總是會不可避免地增加。 “熵”的含義是“混亂程度”,比如把一滴墨汁滴入一瓶礦泉水中,“熵”的總值就增加了,想要逆轉熵增,必然會導致“熵”產生,就像是我們把墨汁滴入水中,不論怎么過濾都無法百分百讓礦泉水變回原來的樣子,在過濾的過程中會耗費更多的能量。 因此一個封閉系統(tǒng)中的熵總是在不斷增加,因為宇宙中任何粒子都在不斷運動,不存在絕對的虛空和絕對靜止的粒子,從這個角度來看,封閉系統(tǒng)中的熵總是會緩慢增加,即使我們不去影響這個系統(tǒng),時間的流逝也會導致熵的增加。 即使某一個熵增的過程是可以逆轉的,熵的總值也只是保持不變,不可能減少,可以表示為“熱量從低溫傳向高溫時,不可能不引起任何其他變化”,一切和熱運動有關的過程都是不可逆轉的,想要逆轉必然要付出更多的熱量為代價。 為什么說這個定律讓人感到害怕呢?因為從宏觀的角度來說,宇宙很可能也是一個封閉系統(tǒng),恒星的死亡和新生,也是一個熵增的過程中,恒星內部的核聚變反應不斷的產生新元素,同時消耗著宇宙中的氫元素,雖然消耗的程度很小很小,但是這個過程是不可逆轉的。 元素的銀河英雄 隨著時間的推移,在未來的某一天,宇宙中不會再有新的恒星誕生,整個宇宙陷入低能狀態(tài),雖然人類仍然可以依靠科技生活,但是宇宙可能會因為熵的增加進入“熱寂”,也就是絕對的熱量平衡狀態(tài),一切都只剩下虛無。 除了熱寂論以外,也有科學家認為宇宙可能會在未來進入無限接近絕對零度的狀態(tài),任何粒子的運動就進入絕對低能狀態(tài),除了真空中的量子漲落,計幾乎不會再有粒子的運動。 虛擬化的空間 顯然,這兩個宇宙結局都是人類無法接受的,可是熵增定律在宇宙中普遍存在,很難不把這個定律代入宇宙本身去思考,這就是為什么這個定律讓人感到害怕,因為這個定律說出了宇宙的最終結局,那就是熵增到極限,只留下一片混沌。 當然,現在認為宇宙是一個封閉系統(tǒng)還為時過早,平行宇宙和多維宇宙的理論中,我們的宇宙都不是一個封閉的系統(tǒng),在宇宙之外還可能存在其他宇宙,人類并不是宇宙中的“囚徒”,隨著科技的發(fā)展,人類會有更多的選擇。 不斷進化的宇宙Evolving Cosmos 生命為什么不能永生?熵增定律也可以給出答案,生命本身并不是一個封閉系統(tǒng),我們可以依靠進食來維持高熵的狀態(tài),但是細胞分裂的次數是有限的,人體總會達到熵的最大值,也就是“死亡”。 熵增定律不僅僅說出了宇宙的結局,也告訴了我們生命的結局必然是死亡,但是從另外一個角度來看,生命雖然會死亡,但是生物可以不斷的繁殖,因為人類具有學習能力,利用科學可以整合各種資源,或許在未來人類可以改變宇宙熵增的結局呢? 熵增定律,是眾多科學定律之最,這個定律對于人類的發(fā)展來說至關重要,在數學和物理學的眾多研究中,都離不開“熵”的概念。 |
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