我们多或少都经历过类似的场景,为什么这会发生呢?真的只是太大意了吗?为什么这个过程不会反过来呢?为什么这些玻璃碎片不会重新复原起来?啤酒流回去,变成一杯完好如初的啤酒?
经验告诉我们这根本不会发生,事实上,有史以来基本上所有的啤酒杯最终的宿命都是裂成碎片,不管是在垃圾回收站里,还是你家的地板上。
我们都认为世间万物运作的方式都是以一定的规律发生,人会慢慢老去死亡,建筑如果无人管理也会渐渐破败,命体也会慢慢随着时间衰老。
不管是生物还是非生物,都同样遵守牛顿力学、量子力学和相对论,不过除了这些还有另一种自然现象,深刻的影响着宇宙间万物的命运,而这一切都因为熵
熵熵是个什么玩意呢?用听不懂的话来说,就是热量除以温度的商数,所以是火字旁的熵。用听得懂的话来说,熵,就是混乱,就是无序。
拿理想气体的熵来说,可以用这条玻尔兹曼熵公式描述
S代表熵,kb是波尔兹曼常数,也就是1.38065×10的-23次方焦耳每开尔文
呃,还是算了吧
让我们假设你在打台球!
通常在比赛一开始,每颗球都会以很整齐的方式摆放,这时候他们的熵最小,但随着比赛开始,球很快就四散各处,球桌上的混乱程度增加了,这时候我们说球桌上的熵增加了。
熵会自然随着时间增长,这也就是热力学第二定律的真谛。
热力学第一定律德国人莱布尼茨从火药爆炸中感悟到能量可以储存,于是一百多年后,就有了蒸汽机。
不仅仅开启了人类新的文明,也创立了新的科学门类:热力学
而热力学第一定律说的是能量永远不会被额外创造或破坏,只能从一种能量形式转变或者转移成另一种形式。
也就意味着宇宙中的总能量是固定不变的,所以蒸汽机只是把热能转变成了机械能而已。
但是,现象容易明白,可是原因呢?
宇宙的真相:熵要不为什么我总是说没有数学解决不了的问题呢。德国数学家克劳修斯的热力学第二定律说,以热为形式的能量,总是向一个特定的方向移动。啥意思呢?比如说,一杯热水,如果不加干涉,它一定会慢慢冷却。所以温度的热量始终从高往低,不可逆地往一个方向消散。
同样的,如果我想喝热水,必须得对它做些什么,才能达到升温的结果。
于是克劳修斯引入了一个新函数:熵
你说本来引入一个新函数没什么大不了的,但是让克劳修斯自己都崩溃的是,自己算出来的这个熵,在热量温度从高到低的过程中一直在增加!那么问题来了,目前根据推演的宇宙大爆炸之后的一秒,宇宙温度是100亿摄氏度,十秒后,温度低至三亿摄氏度,现在宇宙的平均温度是零下270摄氏度左右。这代表着什么呢?
宇宙大爆炸的那一刹那,熵最小,因为最集中,后来宇宙的熵越来越大。所以宇宙和一杯热水一样,有着相同的命运,水会变凉,宇宙变热寂,也就是一片死亡般的寂静。而这背后的根本原因就是熵。因为熵一直在增加,这就是科学家所谓的熵增。那么问题来了,这货到底是个什么鬼?为什么一直在增加呢?
熵增熵增看起来好像是万物从有序到无序是必然结果。其实不是,它是一个概率事件,只是无序的概率非常大,大到有序的概率几乎可以忽略不计。而在数学里面,概率无限大就可以被认为是必然。
比如我抛4枚硬币,正面用1代表,反面用0代表,
那么从大数据上来看,全部都是反面或者正面的概率最低,大概是1/16,越交叉融合的概率最高,大概是6/16
如果从图形上来看大概就是这样的概率,如果抛8枚硬币,16枚,32枚,64枚,128枚。
4枚硬币
128枚硬币
这就是宇宙的自然法则,万物往往朝向大概率去发展。这就是可恶的熵增。
又比如两个温度不一致的房间,温度最终会趋于一致
为什么不会左边的房间温度更低,右边房间温度更高呢?这是因为温度均匀分布在两个房间的概率最高,也就是熵最大,根据熵增定律,事物会自发地向熵更大的方向发展,所以房间的温度最终会一致。
这就好比你的房间,我们假设每件物品就是这样整齐摆放的,其余任何变动都是混乱,如果你不额外付出能量去打扫,那么按照自然规律,整齐的概率非常小,而混乱是必然的。所以以后如果母亲大人再吵你为什么房间这么乱的时候,你就跟她说,房间不是乱,只是熵增加了而已。
熵越大,意味着发生的可能性越大。而整个宇宙,在没有外界干扰的情况下会自发地朝着可能性更大的方向发展,最终热寂,也就是恒星终将熄灭,生命终将消失,宇宙变成一片死寂。
所以熵增定律就是指在孤立系统下,熵是不断增加的,当熵达到最大值时,系统会出现混乱,最后走向死亡。
人最后都熵增了我们现在都知道宇宙万物都是微观粒子构成的,但是在19世纪科学家们不相信,因为没见过啊!但是大神玻尔兹曼打了他们一巴掌,因为他相信有原子的存在!他不仅相信原子存在,还相信温度越高,原子运动的更快。他更发现了热水变凉的真正原因。
比如一块放在桌面上的热金属,里面的原子在快速相互挤压运动着
接触桌面的那一部分,把他们一部分能量转移到桌子表面的原子上,桌面上的原子也开始相互挤压运动,热能缓慢而自然的传递与扩散。
整个系统从有序的状态向着无序混乱的状态变化。所以,水也就变凉了。
但可惜的是,大神玻尔兹曼提出的理论在当时受到各种抨击,他抑郁了之后,最终上吊自杀了。他个人的熵实现了最大化。
所以以后如果有人再问你,你是谁,你可以说我是熵
他又问你,你从哪来?你可以回答我从熵开始的地方来
他最后问你到哪里去?你可以安心地说:到熵增的地方去。
提问:有熵增肯定就会有熵减。比如把一杯水放在冰箱里结成了冰,就是一个熵减的过程。那么你觉得熵减能让时间逆转了吗?
一如既往,我是雅桑,一个把知识从冰箱里拿出来的男人