小伙伴們坐穩(wěn)了!
今天我們要說一個世界的終極黑暗定律!
從游戲開始0
別怕,來,一起做幾個小游戲先:
請靜靜地撕掉一本書。
請溫柔地打碎玻璃瓶。
請小心地燒掉一張紙。
做完了嗎?
嗯,好。
接下來是第二步:
請把撕掉的書恢復成新書。
請把玻璃瓶恢復得完好無缺。
請把紙燒成的灰變回成紙。
破鏡難圓,覆水難收:這些現(xiàn)象在我們生活中早已見怪不怪,可你有沒有仔細想過,為什么呢?
世界不美好1
物理老師不是說過,物質(zhì)不滅,能量守恒嗎?
可是為什么破鏡難圓?
為什么再完美的手藝也不一定能確保,花瓶的碎片能夠恢復成完好無痕的花瓶?
為什么把活牛制成牛肉醬相對容易,用牛肉醬制作出活牛就是天方夜譚?
為什么想收獲一段感情往往需要付出辛苦的努力,但要毀掉一段感情卻有幾百種不同的作死的辦法?
有道是物理的盡頭是哲學,把這些現(xiàn)象歸納起來,我們就得到了一個哲學高度的通用結(jié)論:
萬事萬物都在不斷變化和轉(zhuǎn)換;可是,為什么從有序變?yōu)闊o序很容易,從無序變成有序卻很難?
為什么要毀掉一個事物很容易,要經(jīng)營好一樣事物卻很難?
嗯,這就是宇宙的終極黑暗定律。
下面我們就來詳細說說。
一個神秘的概念2
首先要說的是一個高大上的概念:
熵(音同“商”,英文entropy)。
這一概念由德國物理學家克勞修斯于1865年提出。
中文里“熵”這個字的創(chuàng)造是在1923年,德國科學家普朗克來中國講學時用到entropy這個詞。當時講到的概念,是熱量的變化量(dQ)除以溫度(T)的商,所以胡剛復教授在翻譯時靈機一動,把“商”字加了火字旁,來意譯“entropy”,創(chuàng)造了“熵”字。
在希臘語源中,熵意為“內(nèi)在”,即“一個系統(tǒng)內(nèi)在性質(zhì)的改變”。
聽著很唬人,而且具體的定義公式也很復雜,可其實意思很簡單:最早的熵是物理學家們用來量化熱量的改變程度的。
后來這一內(nèi)涵被推廣,用來量化某個封閉系統(tǒng),乃至整個世界的混亂程度。
熵值越高,就表示某個系統(tǒng)越混亂無序;反之,熵值越低,就表示某個系統(tǒng)越整齊劃一。
比如下圖中兩個房間的對比,前者的熵值就高(混亂),后者的熵值就低(有序)。
再比如另一個例子,同一個魔方的兩個不同狀態(tài):
顯然,前者的熵值高,后者的熵值低。
在生物學的層面,熵也可以用來類比生物的進化程度:生命越高級,越智慧,就可以理解為熵值越低。這一點在科幻名著《三體》系列中有一個直接的應用:在作者描述到銀河系核心處的某個假想的高等文明時,以其視角看這個世界,對智慧生命就采用了“低熵體”這一提法。
熵無處不在3
用熵的概念來解釋,我們就知道,我們生活中做的各種事情,其實都是在嘗試改變熵值:
比如平時家里,那些掃地、洗碗、擦家具、收拾屋子的家務活,其實就是試圖降低整個家的混亂度,降低家的熵值。
再比如那些裁縫、手工藝人和各種修理匠,他們的工作都是將熵值高的原材料或者殘破品,加工成熵值低的成品。
更進一步,我們給親人和愛人送的禮物、訂的晚宴和套房,其實都是在維系相互關(guān)系,把彼此親近程度的熵值降低。
不過,如果你失手打破了某樣東西、或者丟失了某樣物品,或者由于某種原因與某個好朋友鬧翻了:這時對應的熵值就提高了。
說到這兒,你大概已經(jīng)看出來了:
沒錯,讓一個物體、一個系統(tǒng)的熵值升高比較容易,但要想降低就比較難。
下面我們看看,物理學家是怎么把這個結(jié)論寫成我們看不懂的形式的:
孤立系統(tǒng)的熵永不自動減少;熵在可逆過程中不變,在不可逆過程中增加。
這就是被物理大師愛因斯坦譽為科學定律之最的,大名鼎鼎的熱力學第二定律,又稱“熵增定律”。
定律的演變4
其實熱力學第二定律一開始并不長成上面那個樣子。
上面也提到了,最早的熵是用來描述熱量的變化的,所以最早的熱力學第二定律是說:
描述一:不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響;
描述二:不可能從單一熱源取熱,使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響;
描述三:不可逆熱力過程中熵的微增量總是大于零。
這里注意,在物理學中,一般我們認為“熱量高”的物體含有的“能量”也就越多。其實兩者之間并不是嚴格一致的,但大體上可以這樣去理解。
所以上面的三個描述用我們聽得懂的話來說就是,熱量(能量)總是從高溫(高能)的物體流向低溫(低能)的物體;能量在不同的物體之間轉(zhuǎn)換時,總是不可避免會有損耗;在熱量的傳輸過程中,整個系統(tǒng)的混亂度(熵值)總是在增加。
而熵的增加是說,系統(tǒng)總是從比較有規(guī)則、有秩序的狀態(tài),向更無規(guī)則、更無秩序的狀態(tài)演變。
比如一盆放著的熱水總會慢慢變涼,最后和室溫保持一致。
——那冰箱和空調(diào)是怎么做到逆天而行的?
冰箱和空調(diào)確實造出了一種“反熵增”的現(xiàn)象:它們能使得某一塊區(qū)域的溫度反自然規(guī)律而行,于炎熱的夏天造出一個畸低的環(huán)境并予以保持;空調(diào)還能在冬天造出一個畸高的環(huán)境并予以保持。
可是它們其實并沒有擺脫熱力學第二定律的魔咒:
別忘了他們工作時是需要耗電的,它們的運轉(zhuǎn)是需要系統(tǒng)額外為其輸入能量的。
而且輸入的能量和它們的成果之間還有損耗。
慢慢揭開的真相5
實際上,熱力學第二定律還說明了一件事:
雖然能量守恒的大前提成立不假,但能量之間的轉(zhuǎn)換是有條件、有代價的;在各種能量形式里,熱的存在是最常見的;其他形式的能量轉(zhuǎn)化成熱很容易,可是熱轉(zhuǎn)換成其他的能量——比如做功——就要困難許多。
原因也并不復雜:在微觀層面,熱是描述的大量分子的無規(guī)則運動,而各種做功描述的是大量分子的有規(guī)則運動。
這就回到了之前說到的,事物從有規(guī)則到無規(guī)則比較簡單,而從無規(guī)則走向有規(guī)則比較難。
所以,當我們把熵的概念從狹義的溫度變化轉(zhuǎn)向廣義的混亂度考量時,熱力學第二定律也就露出了它更深刻也更猙獰的面孔:
孤立系統(tǒng)的熵永不自動減少,熵在可逆過程中不變,在不可逆過程中增加。
簡單解釋一下:
第一句話是說,一個系統(tǒng)如果沒有外力的加入和幫助,那么它將慢慢地陷入混亂;
舉例就是:
書籍,放著放著,就落灰了;
鐵器,擺著擺著,就生銹了;
家園,荒著荒著,就破敗了;
朋友,活著活著,就疏遠了。
第二句話是說,如果一個變化是可逆的,那么變化前后的混亂度不變;但如果這個變化不可逆,那么變化后的混亂度一定會增加。
而現(xiàn)實中幾乎很難找到真正可逆的變化,不可逆的變化到處都是:
比如林黛玉焚稿斷癡情,燒掉的詩句、病逝的人兒再要恢復就千難萬難;薛寶釵出閨成大禮,看似獲得了暫時的幸福美滿,但最終還是難免走向冷閨空門。
所以,讓我們再換一個更容易懂的說法可好:
世界正在不可避免、不可逆轉(zhuǎn)地走向毀滅。
這絕不是危言聳聽,而是有理有據(jù)的科學結(jié)論:
每時每刻,整個世界、整個宇宙的混亂度都在不可避免地上升;這個過程會很漫長,很曲折,甚至在某一個局部、某一個區(qū)域也許會出現(xiàn)一些反轉(zhuǎn):
但大趨勢永不停歇,也永不會被打斷。
用專業(yè)術(shù)語來說就是:
整個宇宙慢慢由有序變向無序。全世界的熵會隨著時間的流逝而增加,當這個熵達到最大值時,宇宙中的所有能量已經(jīng)全數(shù)轉(zhuǎn)化為熱能,所有物質(zhì)溫度達到熱平衡,這種狀態(tài)稱為熱寂。
熱,就是熱能;寂,就是寂滅,死亡。
這樣的宇宙中再也沒有任何可以維持運動或是生命的能量存在,完全死亡。
熱力學第二定律告訴我們,宇宙的盡頭是毀滅(熱寂),這一點就像共產(chǎn)主義社會一定會來臨一樣千真萬確。
低熵體的壯舉6
不過,有一點需要注意的是:全世界的熵值不斷上升,并不意味著我們就全都對此無能為力。
我們并不會因為房屋和日用品會不斷折舊,就停止購置和裝飾。
我們并不會因為食物最終都會變成污穢的排泄物,就放棄對美食的追求。
我們更不會因為生命遲早會走到盡頭,就放棄對幸福、自由、愛情等美好事物的憧憬。
熱力學第二定律作為一條鐵律,它也是有條件的,這個條件就是孤立系統(tǒng)。
如果我們能夠從系統(tǒng)的外部給它輸入能量,那么奇跡一樣會發(fā)生:
我們完全可以在局部造出吼斷橋,水倒流的奇觀。
看到長城,都江堰,吳哥窟,哈利法塔這些巧奪天工的作品了嗎?
看到飛機上天,潛艇入海,“一橋飛架南北,天塹變通途”的工程了嗎?
看到琳瑯滿目,令人垂涎三尺的古今中外的各地美食了嗎?
這些都是人類智慧傲視熱力學第二定律的證明。
當然,熱力學第二定律告訴我們,高等生物使局部世界變得更加有序的這些行動是逆自然趨勢而動的,它意味著需要外界輸入更多的能量來實現(xiàn)這一壯舉。
比如上面所舉的空調(diào)和冰箱之例:事實上,由于無處不在的損耗,這些電器能夠產(chǎn)出的,用于制冷的能量,只會是它們本身消耗的大量能量其中的一部分。
但沒關(guān)系,只要我們認為這么做是值得的,那么這些額外的能量輸入就沒有被白費——
如果你也曾在炎熱的夏季躲在空調(diào)屋里享受過那短暫的一抹清涼;
如果你也曾投入大量時間去修補一件心愛的破損之物;
如果你也曾付出巨大努力去維系一段彌足珍貴的感情:
那么這里的道理和價值,你自然明白。
更遑論荊軻、文天祥、狼牙山五壯士等等英雄志士,以螳臂之力擋大廈之將傾:他們難道不知道自己正在做的是注定要失敗的事情嗎?
我相信他們是知道的。
但這種明知不可為而為之、與生物趨利避害的自發(fā)行為完全相反的主動犧牲自我的行為,恰恰正是大自然造出的低熵體的光輝所在。
黑暗世界的一抹光芒7
所以,小伙伴們!
說了這么多,可不是為了讓我們的悲觀厭世找到理論依據(jù)的!
沒錯,世界確實是不可避免地走向毀滅的深淵,但這絕不是我們放棄治療的理由。
恰恰相反,我們要認識到,自己作為低熵體是多么來之不易——
有種說法是,由各種原始的無機物分子組合成DNA,其概率就如同在一場龍卷風里隨機落下各種零件,正好就組裝成一輛跑車一樣不可思議。
更不用說從DNA、RNA再進化成原始生命,再進一步成為高等哺乳動物、產(chǎn)生智慧和高等文明:這一切是多么的不容易??!
生活不易啊!
高等智慧生命就如同在滾滾洪流中的一艘孤帆,在驚濤駭浪里踐行著自己的使命——我們要建設(shè)我們的世界,使它更加美好;我們要使我們身邊的小世界越來越發(fā)展,越來越有序,熵值越來越低。
所以,我們走在這條與全宇宙的大趨勢逆向而馳的康莊大道上,不得更加好好珍惜自己的生命,獲得外界環(huán)境中的能量,來改善自己小環(huán)境的熵值嗎?
畢竟人生是為了追求美好。
畢竟活著是為了戰(zhàn)勝困難。
畢竟逆水行舟,不進則退。
所以,世界的終極定律是黑暗的,這本身不假;
但我們低熵體能夠把進化的成果和自己的努力相結(jié)合,在這個黑暗的世界里劃過一抹光芒。