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第十四章 关于“熵”

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  “熵”这个概念,可能对很多人来说,有点陌生,所以写了这一节来简单地介绍一些关于“熵”的概念,比如,熵是什么、熵与宇宙、熵与社会、生命与负熵等等。本人知识有限,基本靠“度娘”,解释不到位的,还望海涵。
  其实,在日常生活中“熵”满常见的,比如,高温总会传向低温;比如,紫色葡萄酒汁倒入一杯白开水中,最后整杯水都变成均一的紫色;还比如,冰的融化,岩浆冷却等等。这些现象里,都是“熵”在起作用。
  熵(希腊语:entropia英语:entropy)的概念最早是由德国物理学家克劳修斯于1865年所提出。在希腊语源中意为“内在”,即“一个系统内在性质的改变”。19世纪时,基于能量守恒定律(热力学第一定律),很多科学家、工程师都希望提高蒸汽机的转化率。但想了很多办法,就是无法使能量百分之百的由热能转化为机械能。一开始,科学家以为是技术水平不高导致的,但后来即便技术再进步,也无法将能量损耗降低为零。他们便将那些在能量转换过程中浪费掉的、无法再利用的能量定义为熵。这个概念最后被总结成了“热力学第二定律“:能量转换总是会产生熵;如果是封闭系统,所有能量最终都会变成熵。
  熵为什么无法利用?因为能量转换的时,总会创造出新的状态,比如,利用蒸汽机把热能转化为机械能,却有部分转化为光能辐射出去;为什么会有新的状态,因为构成物质的粒子运动是随即的,这种随即的运动自然会在能量转换时,创造出的更多新状态。新状态越多,可能性就越多;可能性越多,也就表示越混乱、越无序。因此,能量转换会让系统的无序度增加,那么熵就是系统的无序度。在自然过程中,一个孤立系统,总无序度(即“熵”,实质就是随即运动)不会减小,即“熵增定律”。
  熵增定律曾被爱因斯坦称为科学定律之最,也有人称它是宇宙的终极法则。如果将整个宇宙当成一个孤立系统,那么根据“熵增“法则,宇宙的熵会趋向极大,最终达到热平衡,即宇宙每个地方的温度都相等,无限趋于绝对零度,这就是“热寂说”。也是大师阿西莫夫《最后的问题》中要回答的那个最后的问题,如何逆转熵。当深层空间的温度趋于零度时,分子就会很难运动,而宇宙中所有的生命也将无法生存。也许那时,宇宙仅仅剩下黑洞,但在更遥远的将来,“黑洞本身也将蒸发掉它们的能量,留下一个毫无生气的由漂浮基本粒子颗粒构成的寒冷的薄雾。”(《平行宇宙》)或者,也存在一种可能,宇宙在温度无限趋于零度的某个点时,突然坍缩,以无法形容的速度坍缩至一点,“奇点”。然后呢?“AC说:‘有光吧’,于是就有了光!“(《最后的问题》)。
  如果把“熵”增推至人类的社会会怎样?人类社会会越来越无序、越来越混乱?但发展至今,却不是这样。现今的社会是越来有序,越来越发达。为什么?因为我们有太阳,我们有外部持续不断的能量输入,我们可以改变基本粒子的随即、无序状态为定向、有序状态,从而维持和提高现行秩序的人类社会,只有封闭系统才会趋向越来越混乱。再细分下去,会看到“熵增”在社会的方方面面都起着作用,经济、科学、历史、艺术、计算机互联网等等,这里就不再赘述了。
  最后,“熵”对生命、对人类意味着什么?作为一种高度有序的状态,生命该如何对抗“熵增”?一百多年前,薛定谔写的《生命是什么》中就说过:“生命以负熵为生!”生命能通过新陈代谢来获得“负熵”,但更悲壮的,是通过死亡来获得“负熵”。不断的迭代,不断的进化,生命以此最壮丽绚烂的机制来对抗“熵增”。也许有一天,地球上最高形态的生命体-人类,获得了永生,或者像《未来简史》中预言的,人类化身为神。到那时,人类能逆转“熵”吗?
  亦或者,“生命不过是粒子寻找的一个栖息地”(圣捷尔吉·阿尔伯特),仍旧是宇宙耗散能量的一种方式,最终难逃灭绝的宿命.......
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