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一條“令人絕望”的物理定律,物理學家說:寧願沒發現它

隨著現代科技的發展進步,很多人都為其發展速度感到驚訝,20年前和20年後完全是不同的樣子。科技的發展給我們的生活帶來了很大的便利,這些體現在出行、工作、付款等點點滴滴上。而當下的科學發展迅速的原因離不開物理學的大力支援,可以說沒有眾多偉大的物理學基礎理論的誕生,就沒有各種科學技術的飛速發展。

說起這些偉大的物理學理論,其發展歷程只有短短的幾百年時間,從興起到繁榮它只用了人類歷史的百分之二的時間。可以說,人類是一個偉大的種族。在這些物理學基礎理論當中,熟知的是愛因斯坦的相對論、牛頓力學等等,當然還有一條令人絕望的物理定律,這讓很多物理學家說:寧願沒發現它!

一條“令人絕望”的物理定律

這條令人絕望的物理定律就是“熵增定律”,也就是熱力學第二定律。總所周知,熱力學有兩條定律,第一條定律告訴我們:能量不能憑空產生,只能從一個狀態轉換到另一個狀態,而且能量是守恆的。

而第二條定律表述熱力學過程的不可逆性,即孤立系統自發地朝著熱力學平衡方向──最大熵狀態演化,同樣地,第二類永動機永不可能實現。其實,在熱力學第一定律被發現提出後,人們設想建造另一種永動機,這種機器可以從自然界中吸收熱量,然後以此來驅動機器做功,這並不違背能量守恆定律。

但是不管物理學家如何實驗,始終無法建造出這種永動機,有研究員便認為其中存在某種未知的理論存在。而後的事實證明,透過物理學家不斷的探索實驗,發現了熱力學第二條定律即熵增定律。

那麼為什麼物理學家說:“寧願沒發現它”呢?

愛因斯坦認為,熱力學第二定律“熵增定律”是科學定律之最,在所有科學定律中,這個定律是最重要的,但是也有科學家認為,“熵增定律”是最讓人感到害怕的物理定律,因為這個定律說出了宇宙的結局,科學家甚至表示寧願自己沒有發現它。

在通常情況下,熵增定律被用於描述熱量從高溫熱源向低溫熱源移動的過程。不過需要注意的是,這個傳遞的過程是不可逆的,同時還有一個非常重要的前提——在孤立的系統中。

在進一步思考之後,魯道夫·克勞修斯在1855年引入了”熵“的概念。它是對系統混亂(無序)程度的度量。簡單來說,孤立系統內越混亂,這個系統的熵就越高,它是不可逆且持續增加的,當其達到最大值時,系統就會走向永恆的滅亡。

目前的理論認為,整個宇宙是一個孤立系統。隨著宇宙中的有用能量不斷被消耗掉,混亂程度變得越來越大,熵將會不可逆轉地增加。直到最終,有用能量耗盡,混亂程度達到最大,熵增加到最大,宇宙處於熱力學平衡的狀態。等到宇宙中的有用能量全部耗盡時,熵將會達到最大,並不會無限增加,這就意味著宇宙將會有一個註定的大結局—熱寂。待到那時,所有天體變成了黑洞,黑洞最終又會全部蒸發掉,宇宙達到了完全的熱平衡,任何生機都會從宇宙中消失,宇宙會變得一片死寂。

這就是理論預言中的宇宙“熱寂”。如果不出意外,宇宙遲早會迎來無序度最高、有用能耗盡的最大熵狀態,這就是熱寂的結局,預計時間是在10^1000年以後。

除非宇宙中存在能夠任意操控單個粒子運動的“麥克斯韋妖”,或者宇宙之外還有其他宇宙提供能量,或者量子效應在滿是輕子和光子的宇宙中發揮主導作用,我們的宇宙才有可能避免熱寂的結局。

總結:

無論怎樣,熵增加定律的發現,確實不是個好訊息,它告訴我們,一切事物的最終結局都是毀滅。即使人類的科技再強大,人類的文明也無法永續,總有一天我們將迎來大災難。而人類不斷髮展的科技,只有在延續大災難的同時,才能使人類走得更遠。

而讓科技不斷髮展的前提是當代物理學的推進,目前,物理學作為自然科學的兩大支柱之一,在眾多學科之中,物理學越來越重要。但是對於大多數人來說,物理是最難的學科。其中抽象的概念、物理原理,令許多孩子苦不堪言。

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