人类的现代科技文明是建立在物理学之上,牛顿的经典物理学让火箭飞上太空,麦克斯韦的电磁学让现代电工学发展起来,爱因斯坦的相对论让导航卫星定位变得精确,量子力学让现代电子工业建立起来。可以说,没有物理学的发展,就没有现代科技文明。
物理学的发展离不开物理定律的发现,新的定律有可能预示着新的物理学。几条基本的物理学定律,就能构建起一座物理大厦,并能够指导科技的发展。在过去的几百年,物理学和科技就是这么蓬勃发展起来的。
在这些物理学定律中,有一条让物理学家“又爱又恨”。有的科学家宁愿宇宙中就只有这条定律,有的科学家则宁愿没有发现这条定律。这条定律就是热力学第二定律,或者它还有一个更加响亮的名字——熵增定律。
热力学第一定律表明,能量是守恒的,无法被凭空创造出来,所以试图造出一种能够持续输出能量的永动机是不可能的。自那之后,有些人又提出了另一类永动机,如果从自然界中吸收热量,驱动永动机转动,这样就能源源不断地对外做功,而且又没有违背能量守恒定律,这就是第二类永动机。
但随着热力学第二定律的发现,人类意识到第二类永动机也是不现实的。虽然能量是守恒的,但有效的能量会越来越少。煤炭的有用能很高,但它们燃烧之后释放出的能量不可能被全部用来做功,同时会产生一部分废热。
物理学家克劳修斯引入“熵”来表征有用能的多少。能够用于做功的能量越多,熵越小;有用能越少,熵越大。以煤炭为例,没有燃烧的煤炭熵值小,燃烧之后残留下来的煤渣熵值大。
在一个孤立系统中,有用能会越来越少,熵会变得越来越大,这就是熵增原理。如果从自然界中不断吸热,以此实现持续做功,导致有用能增加,就会违背熵增定律,所以这种永动机无法被造出来。
另一方面,熵也可以用来表征系统的混乱程度。系统的混乱度越小,有序度越高,熵越小,反之熵越大。这可以用玻尔兹曼熵公式来描述:
S=k·logW
其中S为系统的熵;k为玻尔兹曼常数;W为微观状态数,其数值越大,系统越无序,熵值越高。这是一个非常奇妙的公式,它把微观和宏观直接联系在一起。
对于孤立系统,熵总会自发地增加,有序度越来越小。熵增原理是不可逆的,以生活中的常见事物为例——破镜无法自发复原,水和牛奶混合后无法自发分开。从某种意义上来讲,熵增也代表着时间的流逝,时间是不可逆的,熵只会增加。
这条物理学定律会推导出一个令人绝望的宇宙大结局——热寂。如果宇宙是一个孤立系统,随着时间的推移,熵将会不断增加,宇宙的混乱度会越来越大,有用能逐渐消耗掉。人类以及其他生命都是负熵体,为了维持机能,我们要不断消耗有用能,这会增加整个宇宙的熵,加速宇宙的衰亡。
据估计,宇宙可能会在10^1000年之后消耗完所有的自由能,整个宇宙处于热平衡,达到热寂的状态。到了那时,宇宙停止运行,任何生命都不复存在。
很多人都说熵增定律会让人醍醐灌顶,那么,大家是否有领悟到什么呢?
一条让人绝望的物理定律,为什么有科学家宁愿没发现它?
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一条让人绝望的物理定律,为什么有科学家宁愿没发现它?
热力学第二定律,最早由德国物理学家鲁道夫·克劳修斯提出,被称为“熵增定律”。科学家们曾认为这是一条令人绝望的定律,宁愿没有发现它。你知道这个定律有多可怕吗?为什么科学家们会有这样的看法?熵增定律的意思是,所有事物的发展都需要消耗能量,而能量的消耗往往是不可逆转的。例如,水冷却后想要再...
熵增定律,为什么会被称为令人绝望的物理定律?
自然界中的现象遵循着某一规律,物理学家通过不断观测,并进行大量实验,最终总结出了科学结论,这就是物理定律。事实证明,物理定律行之有效。如果没有物理学家前赴后继地发现新定律,人类的科技就不可能发展起来。物理定律给人类带了无限的可能,基于物理定律,我们可以实现前人难以想象的事情,例如,人...
为什么熵增原理被认为是让人绝望的物理定律?
在影响世界最为深刻的物理定律中,有一条让人印象深刻,甚至让人感到绝望,这就是“熵增定律”,或称热力学第二定律。这个定律几乎决定了宇宙的最终归宿,导致一些科学家悲观地表示,宁愿没有发现这条定律。那么,“熵”是什么意思?为什么熵会一直增加?关于熵的概念,可以从两个方面来理解。其一,孤立...
熵增定律:为什么会让人类感到绝望?
没有物理学,就不会有现代科技文明。一代又一代的物理学家不断发现新的物理定律,并且加以利用,从而造就了现代科技的迅猛发展。如果要说哪一条物理定律最为强大、最具破坏力,大家首先会想到什么呢?爱因斯坦的质能方程(E=mc^2)可能是很多人的选择,这条简洁的公式从相对论推导而来,它把能量(E...
精彩人生,在于“逆熵而行”
或许“熵增定律”是令物理学家们感到最为绝望的发现,他们说——宁愿当初没有发现它,这句话充满了“鸵鸟效应”的味道。逃避不是良策,关键在于应对。 先来窥探一下这条充满悲观主义的物理学发现: 熵增定律是说热量从高温物体流向低温物体,该过程不可逆的,孤立系统总是趋向于熵增,最终达到熵的最大状态,也就是系统...
请问一下熵增定律为什么令人绝望
正如马克思所言:人从诞生之日起,就已经大踏步地在向着坟墓迈进。这是恒定的铁律,在科学上被冠以“不可逆的熵增的必然性”。这是一条有史以来令人类越看越绝望的物理定律!有的科学人员甚至沮丧地声称:宁愿没发现它!更多关于熵增定律为什么令人绝望,进入:https:\/\/www.abcgonglue.com\/ask\/e420c...
所有粒子的运动,都遵循一定的物理定律吗?
物理定律给人类带了无限的可能,基于物理定律,我们可以实现前人难以想象的事情,例如,人类登陆月球,无人探测器飞出太阳系。但同时,有些物理定律也给人类带了绝望,以致于一些物理学家宁愿不想发现它,这就是熵增定律,或称热力学第二定律。那么,熵是什么?熵增又是怎么回事?为什么这条物理定律会让...
活着‖个体生命中的“熵增定律”
有人说,熵增定律是一条让人顿悟的定律;也有人说,熵增定律是一条让人绝望的定律。而我更支持前者,我们如此痛恨和畏惧熵增定律,仿佛它如“暴君”般存在,但对于整个宇宙而言,它只是一个法则,没有好与坏。事物也总是二元对立,绝望中,蕴藏着希望,我们不必因此而怀疑活着就失去了一切意义。好与坏...
熵增定律:为什么会被称为令人绝望的物理定律?
然而,物理学定律在造福人类的同时,有一条物理定律却给人类带了绝望,以致于有的物理学家发出感叹,宁愿不要发现它。这条定律预示着宇宙必然会走向不可逆转的毁灭,它就是熵增定律。那么,熵增定律是怎么来的呢?这还要从热力学的发展说起。大量的实验表明,能量是守恒的,它们不会凭空出现和消失,只...