2020-05-14 16:59

是什么神秘力量，搞乱了宇宙和你的房间？

不知道你有没有发现,不管再怎么整理,房间总会很容易变得很乱:床上被子乱堆,衣服丢得到处都是,书架上的书被乱七八糟地摆在桌面上,坐垫又掉在地上了……起床时明明已经把所有的物品都整理得齐齐整整,可是不知道为什么,一到晚上房间又会变得很乱。所以,我们总是需要耗费一定的精力和时间来整理房间让所有物品归位。当然了,有的时候你可能也会偷懒,对这些置之不理,但是不论你整不整理,房间终归还是会变得很乱。

其实,房间变乱的现象和自然规律如出一辙。宇宙中,每一个独立的系统倾向于往总能量最低、混乱程度最大的状态变化。物理学家们用一个热力学量,也就是 “熵”来描述这种混乱程度。

这个热力学量不仅仅给很多科学家带来了灵感,更激发了很多艺术家、商人,大家都对“熵”具有浓厚的讨论兴趣。

宇宙中的“熵”值具有增长的特性。这个特点是热力学第二定律的内容,也称为“熵增定律”,是我们的现实生活最能直观反映出来的定律之一。

熵增变化也解释了时间是怎么运转的,在日常生活中,我们能通过各种不同的表现形式见证过去到未来的变化。和空间不同的是,时间的运转是不对称的——我们不能回到过去,我们经历的一切都只能面向未来。在时间向未来进行的同时,熵值也一直在增加——整理过后,你的房间还是会越来越乱;当你摔坏一个红酒杯,杯子会碎成若干块,散落在地毯上,并且再也无法被拼凑回原来的酒杯了。生活不能够像播放视频一样倒带,因为时间无法倒退。

熵的概念是在18世纪下半叶,即在工业革命时期德国科学家鲁道夫·克劳修斯提出来的。之后,物理学家路德维希·玻尔兹曼阐明了热力学第二定律的统计性质。那时人类刚开始研究热机,如蒸汽机、火车头等。人们发现热量总是从温度更高的物体传递给温度较低的物体。一个只有25摄氏度的物体不会传递自身的热量给一个100摄氏度的物体。震动频率更高的物体会使得震动频率较低的物体加快震动,但这个过程反过来并不能成立。

但人体是个例外,人体没有遵守热力学平衡规则。体温之所以一直保持在36摄氏度左右,是因为这是能够让身体各个器官正常运作的最佳温度。我们一直靠进食来补充自身消耗掉的能量。人类摄入各种各样的食物,并且消化掉这些食物,使其变成二氧化碳、有机物等等。也就是说,我们解构了环境中的各种成分,使其变得无序,以维持人体的秩序。人类一直在同熵增定律进行抗争。当一个人和环境保持了热力学平衡时,则意味着一个很可怕的事实:这个人已经死了。

科学逸事:

当宇宙的熵值达到无限大以至于无法再增长时,在热力学上,宇宙就已经处于死亡状态了,因为此时宇宙中的一切物体都处于热力学的平衡状态,宇宙的温度也会到达绝对零度。在这种情况下,不会再有任何能量可以用来做功,就好像天塌下来然后世间万物都崩塌了一般。但幸好,宇宙要达到这个状态至少还要10100年的时间。

除了宇宙的崩塌之外,热力学第二定律在我们的生活中还有一个更为常见的表现——我们在做功的过程中始终会消耗掉部分能量,不能实现百分百的能量转换,做功过程中总会将部分能量以热能的形式浪费掉——机器在运转时会发烫变热——而且这种变热并不是我们想要的结果,是一种对我们投入的能量的浪费。一台机器永远无法百分百地实现能量的转化。这个热力学定律解释了为何永动机是不可能存在的——永动机就是能够永远不需要外来能量的补给(不需要电池、燃料供能)、不会浪费任何能量,并能够永远运转的机器。历史上有许许多多的发明家曾想方设法地要创造出一台永动机。显然,他们无一成功。

熵增定律还可以解释事物的不可逆转性。比如说,如果你把一包白糖倒进水中,然后用搅拌棒把糖搅拌开来,糖会融化到水中。这个时候,如果你换相反方向来搅拌,糖还是会融化在水里,而不会恢复成原来的固态。为什么会这样呢?这是因为在搅拌的过程中,糖的熵值增加了,糖分子摆脱了固态时的有序状态,和水分子混合在一起,排列得更加混乱无序了。这符合熵增定律,所以是一个不可逆转的过程。那些不会和外界环境进行热量交换的过程(绝热过程)只有在其熵值不变的情况下能够实现逆转。然而,如果我们发现某个事物的运行过程会降低其熵值,那意味着其周围环境的熵增加了,而且总熵值肯定也是增加的。所以,当我们工作时,我们或许确实可以降低某物的熵,如整理我们的房间。但是,这个过程是一定会消耗许多能量的,毕竟大家心知肚明,收拾房间有多累。

《辛普森一家》有一集,荷马对他老婆发出呐喊:“丽萨,这个家里遵守的可是热力学定律啊!”

我把“为什么宇宙和你的房间一样,总是很容易变得一片混乱?”这个问题发表在了各大社交网站上。

这里有一些充满智慧的评论:

A: 因为熵增定律。如果你有一个强迫症的妈妈,那再好不过了。

B: 这不叫乱,这是行为艺术。

C: 宇宙的混乱是我儿子搞的?胡安,你给我等着,我这就来收拾你!