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科学揭秘生命存在:人活着就在对抗宇宙负熵,
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摘要:而这个房间内部的这个系统,就可以比喻成一个熵增定理的系统。但是如果不去人为干预收拾整个房间的话,那么这个房间也不会自发的变得非常整齐。 简单来说,微观粒子的有序排列
而这个房间内部的这个系统,就可以比喻成一个熵增定理的系统。但是如果不去人为干预收拾整个房间的话,那么这个房间也不会自发的变得非常整齐。
简单来说,微观粒子的有序排列是一种概率很低的状态,而无序排列则是概率很高的状态。熵增定律的本质,其实就是系统从概率低的有序状态,自发地朝着概率高的无序状态发展的过程。
熵的增加,本质上就是能量品质的降低,那些变成了热而散失的能量,很难再被集中起来做有用功,只能默默存在于系统中,让系统的无序度慢慢提升。
到那个时候,宇宙中不会再有任何能够发光发热的天体,也不会有任何复杂的结构,只剩下一些基本粒子在空荡荡的空间里随机游荡,整个宇宙的温度处处相等,没有任何能量梯度,也就没有了任何可以驱动变化的动力,这就是我们常说的“热寂”状态。
植物通过光合作用吸收阳光,把二氧化碳和水转化成有机物,也是在获取负熵。一旦生命停止了从外界获取负熵,自身的熵增就会占据主导,生命活动也就无法维持,最终走向死亡。
因为当积木被打翻的时候,散落一地的无序状态发生的概率会更高,而处在这个积木盘内的独立系统会向着概率更高的方向发展事件。
答案就是不断从外界获取“负熵”。所谓的负熵,其实就是能让系统变得有序的能量和物质。举一个简单的例子,我们人一日三餐要维持身体的基本能量,我们吃肉的食物会为身体提供能量,而这些能量又会转化被身体的各个细胞所利用。
但这并不是有什么外力刻意去破坏这座房子造成的。而是随着时间的规律,随着自然界的规律,这座房子自然的从刚开始建好的有序状态而慢慢的变成了无序状态,组成房子的每一个粒子也在脱离房子,飘荡在自然界中。
按照这个说法去理解,宇宙这个巨大的封闭系统,在经历了无限漫长的时间之后,那些随机游荡的基本粒子,可能会在某个瞬间恰好回到宇宙诞生之初的排列状态,这样一来,宇宙就会开启新一轮的演化,从奇点爆炸,到恒星诞生,再到生命出现,周而复始,形成一个循环轮回的系统。
克劳修斯通过大量的研究和计算,提出了熵的概念,他认为在一个热力学过程中,系统的熵变和热量的传递以及温度有关。简单来说,当热量从高温物体传到低温物体时,整个系统的熵是增加的,这意味着系统中可以用来做功的有用能量变少了。
他提出,一个系统的熵值大小,和这个系统中微观粒子可能存在的无序排列方式的数量有关,排列方式越多,熵值就越高。
进入身体的能量会抵挡自然界对身体的熵增定律,也就是想要对抗宇宙中对身体内部分子的熵增,就必须要从外界获取能量来维持这种有序的状态,而吃入的这些食物恰好就是外界的负熵。
按照熵增定律来解释整个宇宙,最终的答案也是凄凉悲惨的,我们现在所看到的恒星在不断的燃烧自己,行星在有序的围绕着恒星旋转。
爱因斯坦都认可的热力学第二定律,是热力学领域的基石,它的核心内容其实很直白:在自然过程中,一个孤立系统的熵永远不会减少,只会保持不变或者增加。这句话听起来简单,却揭示了宇宙中很多过程的不可逆性。
这两种关于宇宙结局的猜想,一个走向死寂,一个走向轮回,都给我们留下了无尽的遐想。但走向轮回的这种状态,可能比我们最初想象的还要概率小,就像我们曾经提到过的,让大猩猩打出莎士比亚的全集一样。
玻尔兹曼从微观的角度出发,揭示了熵增定律的本质,让人们对熵的理解又进了一大步。在他看来,熵并不是一个抽象的热力学概念,而是和构成系统的微观粒子的排列方式有关。
克劳修斯最早提出“熵”这个概念,其实是为了描述热力学过程中的一个重要规律。在他的理解里,熵是一个用来衡量系统中能量不可利用程度的物理量。
可一旦失去人为干预,它就会自发朝着无序的方向发展,熵值不断升高,最终彻底崩塌,这和自然界中生物的死亡是一个道理,不管是动物还是植物,只要停止了维持自身有序的活动,就会在熵增的作用下走向衰败和消亡。
在自然界中的死亡规律,其实都逃离不开熵增定律,说白了,这个世界所有的规律都在从有序走向无序。就拿最简单的我们的房子来说。
在一个封闭系统里,这个定律的表现会更加明显,封闭系统意味着和外界没有能量和物质的交换,系统内部的所有过程都会让熵值上升,从有序走向无序。一个生活中最贴近的例子,我们的房间如果不去收拾的话,那么一个房间会随着时间的流逝慢慢的变得越来越乱。
一个简单的例子,在一杯清澈的水中滴入一滴墨水,墨水会迅速的扩散到整个杯子里,而这个杯子里的水也将变成淡蓝色。但是我们却从来都没有发现,一杯淡蓝色的水会聚合成一滴墨水,而想要聚合成一滴墨水的话,必须在人为干预的状态下才能实现。而这滴墨水在杯中扩散的这种现象就是熵增的规律。
薛定谔曾经说“生命是以负熵为食”,这句话乍一听有点难懂,其实戳中了生命存在的核心秘密。
虽然说宇宙最终的结局按照熵增定律去解释的话,最终会变成一片死寂的状态,但是结局也并非一定就是我们想象的那样凄凉,按照熵增定律的极致推演,宇宙的最终形态会是一片彻底的混沌。
也就是说滴入清水中的墨水,只要时间足够长,就会组合成最初的一滴墨水。
遗憾的是随着时间的流逝,宇宙中的每一个恒星都会慢慢的消耗殆尽自己的能量。变成一个死寂的星球,而纵观整个宇宙,所有的天体都离不开这个状态,在亿万年之后,每一个恒星都会死去。
但是如果没有人为干预的话那么这个积木将永远不会自发的变成最初有序的状态。
比如一盒排列整齐的积木,如果不小心被打翻在地的话,那么这盒积木迅速会散落一地。为什么会变成这个样子呢?
那些脱离人群维护的老房子,随着时间的冲刷,慢慢的房子会变得破败不堪。瓦片会脱落,木头会腐朽。
似乎整个宇宙系统的天体都在按照自己的规律在运行,这也在一定程度上反映了这个宇宙系统的有序状态。
我们都知道,生命是一种高度有序的存在,不管是单细胞生物还是复杂的人类,身体的各个器官、组织、细胞,都有着严格的结构和分工,这和熵增定律所描述的无序化趋势是相反的。那么生命是怎么对抗熵增的呢?
而每一个恒星也都将变成被撕碎的粒子,整个宇宙便会失去现有的温度,达到绝对寂静的状态。
所有的恒星都已经燃烧殆尽,变成了白矮星、中子星或者黑洞,而黑洞也会在漫长的时间里通过霍金辐射慢慢蒸发,最终消失。
是庞加莱曾经对熵增定理的系统提出过这样一种解释,他认为在一个独立的系统中,按照熵增定律确实会向无序的状态发展,但是时间只要足够长,那么这种无序的状态一定还会组合成最初有序的状态。
但熵增定律告诉我们,在一个孤立的系统里,无序度只会不断增加。
人们研究热机工作原理的时候,科学家发现每一个系统内部的热量只能从热量高的地方传输到热量低的地方,但是反过来想要从热量低的地方传递到热量高的地方,却没有办法自然完成,而只有通过人为干预才可能实现这一目标。
宇宙作为一个我们目前认知中最大的孤立系统,所有的能量转化过程都会让熵值上升,比如恒星内部的核聚变,就是把一种能量转化成另一种能量,这个过程中会有大量的能量以热的形式散失,变成无法再被利用的能量。
文章来源:《中国土地科学》 网址: http://www.qgsqzzs.cn/zonghexinwen/2026/0707/338.html
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