熵增定律，为什么会被称为让人绝望的物理定律？

Answer 1

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人类看不到未来？

一个冷的物体和一个热的物体相互接触，在正常情况下，冷的物体不可能把热量自发地传递给热的物体，让冷的物体更冷，热的物体更热，这就是热力学第二定律，物理学家克劳修斯是这个表述的提出者。只有热的物体才能自发地把热量传递给冷的物体，这个过程是不可逆的。

之所以空调和冰箱能够制冷，这并非是自发的过程，而是因为它们消耗了电能，同时还会产生一些废热。从能量角度来看，熵用于表征能够用于做功的能量（有用能）总和。有用能越多，熵越低。有能用消耗掉之后，熵会变得越来越大。

制冷器的制冷过程需要消耗电能，并向外界释放出热量，能量出现退化，这会导致宇宙的熵变大。人类以及地球上的所有生命活动也要消耗能量，用于对抗熵增，否则生命就无法存活，因为生命可以说是一种负熵体，最终的结果会导致整个宇宙的熵变大。

从微观角度来看，任何事物都是由各种粒子组成的。一个系统中粒子的有序度也可以用熵来度量，混乱的程度越低，有序的程度越高，熵也越低。

镜子中的原子有序排列，当镜子打碎之后，原子排列的有序度会降低，这意味着熵会增加。打碎的镜子无法自发复原，所以熵增是不可逆的。从某种意义上来说，熵增的方向就是时间流逝的方向，不可逆的熵使得时间不可逆转，时间只能朝着一个方向流逝。

目前的理论认为，整个宇宙是一个孤立系统。随着宇宙中的有用能量不断被消耗掉，混乱程度变得越来越大，熵将会不可逆转地增加。直到最终，有用能量耗尽，混乱程度达到最大，熵增加到最大，宇宙处于热力学平衡的状态。

到了那时，熵不再增加，时间将会到达尽头，宇宙也将失去生机，这就是理论预言中的宇宙“热寂”。如果不出意外，10^1000年之后，宇宙中的所有天体和物质都会衰变成轻子（比如电子、中微子）和光子，宇宙将会不可避免地达到最低能量的状态。

除非宇宙中存在能够任意操控单个粒子运动的“麦克斯韦妖”，或者宇宙之外还有其他宇宙提供能量，或者量子效应在满是轻子和光子的宇宙中发挥主导作用，我们的宇宙才有可能避免热寂的结局。

Answer 2

熵增定律为何让人绝望？连爱因斯坦也不敢怠慢，称它为第一定律！