熵增是基本的定律
理解熵增其實(shí)很容易:一個(gè)獨(dú)立不受外界影響的容器造烁,里面有規(guī)律的間隔,隔開(kāi)空氣區(qū)間和真空區(qū)間午笛;一旦撤除容器內(nèi)部所有間隔惭蟋,整個(gè)容器就會(huì)形成一整個(gè)均勻的狀態(tài)。這是一個(gè)自然的過(guò)程药磺,也是熵增的過(guò)程告组。(如下圖)
先描述一下容器開(kāi)始的狀態(tài):空氣區(qū)間和真空區(qū)間是明確分開(kāi)的。也就是說(shuō)癌佩,孤立系統(tǒng)局部狀態(tài)是不同的木缝,我們說(shuō)這是“有序的”。
再描述最后均勻的狀態(tài):最終容器中任何一個(gè)點(diǎn)的氣體密度都相同围辙,溫度也相同我碟。也就是說(shuō),整個(gè)孤立系統(tǒng)內(nèi)所有局部狀態(tài)到處都是相同的姚建,我們說(shuō)系統(tǒng)變得更加混亂了怎囚,也就是“無(wú)序的”。
這個(gè)是一個(gè)比較理想化的實(shí)驗(yàn)恳守,但和現(xiàn)實(shí)緊緊相連。在現(xiàn)實(shí)中贩虾,取消區(qū)隔其實(shí)就是自然的狀態(tài)催烘。也就是說(shuō)一個(gè)孤立的系統(tǒng),在自然狀態(tài)下缎罢,總是從有序的狀態(tài)伊群,變成更加無(wú)序。這就是熵增的本質(zhì)策精。
熵增是宇宙的動(dòng)力
你可以繼續(xù)追問(wèn):為什么取消區(qū)隔舰始,空氣會(huì)向沒(méi)有空氣的真空移動(dòng)?空氣移動(dòng)的動(dòng)力或者動(dòng)機(jī)到底是什么咽袜?
這個(gè)問(wèn)題從本質(zhì)來(lái)看丸卷,是在問(wèn),為什么自然狀態(tài)下孤立系統(tǒng)總是從有序變成無(wú)序询刹?
其實(shí)這個(gè)問(wèn)題本身谜嫉,就是答案本身萎坷。也就是說(shuō),答案是熵增定律:世界就是要從有序變無(wú)序沐兰。宇宙運(yùn)動(dòng)的動(dòng)機(jī)哆档,就是要從有序變成無(wú)序,無(wú)序是一個(gè)最穩(wěn)定的狀態(tài)住闯。所以空氣瓜浸,會(huì)從有空氣的地方走向沒(méi)有空氣的地方;熱量會(huì)從熱量高的地方比原,流向熱量低的地方斟叼;最終達(dá)到一個(gè)混亂但是非常穩(wěn)定的狀態(tài)。
嘗試把宇宙看做孤立的系統(tǒng)
宇宙到底是不是孤立的系統(tǒng)春寿?人類還無(wú)法確定這個(gè)問(wèn)題的答案朗涩,但現(xiàn)階段人類認(rèn)識(shí)宇宙主要有兩個(gè)理論:宇宙大爆炸理論和宇宙膨脹理論。
宇宙大爆炸理論認(rèn)為绑改,宇宙最初是從一個(gè)無(wú)限小的奇點(diǎn)開(kāi)始的谢床。
宇宙膨脹理論認(rèn)為,宇宙是不斷增大的厘线,增大的速度甚至可能超過(guò)光速识腿。
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宇宙大爆炸理論和宇宙膨脹理論,會(huì)推導(dǎo)至一個(gè)結(jié)論:宇宙是有邊界的造壮。
宇宙有邊界渡讼,那我們可以認(rèn)為宇宙是一個(gè)孤立的系統(tǒng)。
那熵增到極致的宇宙是什么狀態(tài)耳璧?
從文章最初我們的實(shí)驗(yàn)里可以看出成箫,熵增最極致的結(jié)果,就是“一片混亂”旨枯。整個(gè)宇宙孤立系統(tǒng)任何一個(gè)點(diǎn)蹬昌,任何一個(gè)局部,都沒(méi)有任何區(qū)別攀隔。
這種狀態(tài)下皂贩,我們現(xiàn)在眼前所見(jiàn)到的所有東西,都會(huì)消失昆汹,一切都灰飛煙滅明刷。
平均的狀態(tài)是什么樣的呢?
假設(shè)1:假設(shè)宇宙中的物質(zhì)有最基本的最小粒子满粗,那這個(gè)平均的狀態(tài)辈末,就是宇宙的所有有質(zhì)量的東西全部拆開(kāi)成最小單位的基本粒子,并且這些粒子平均分布在宇宙的每個(gè)角落。
這個(gè)假設(shè)的前提本冲,是存在最小的基本粒子,而且不是我們說(shuō)的原子劫扒,甚至不是比原子更小的夸克檬洞。
因?yàn)樵邮怯行虻模佑稍雍撕碗娮訕?gòu)成沟饥,直接說(shuō)明了原子本身就是一個(gè)有序的結(jié)構(gòu)添怔;
夸克比原子還要小,現(xiàn)代理論認(rèn)為夸克和電子都是不可再分的基本粒子贤旷,但是夸克和電子質(zhì)量是不同的广料,也就是有序的,那最終均勻的“基本粒子”幼驶,不會(huì)是夸克艾杏,也不會(huì)是電子。也許是重量和體積在夸克和電子之間的一種粒子盅藻。
據(jù)說(shuō)還有一個(gè)弦理論购桑,這個(gè)理論認(rèn)為物質(zhì)基本構(gòu)成是弦,讀者如果熟悉弦理論也可以思考弦理論下的宇宙最平均狀態(tài)氏淑。
假設(shè)2:其實(shí)上面的假設(shè)還有一個(gè)很大的漏洞:只要仍存在粒子和空間勃蜘,粒子和空間仍然是不同的,宇宙仍然有序假残,仍然未達(dá)到最極致的均勻狀態(tài)缭贡。進(jìn)一步的均勻狀態(tài),應(yīng)該是再也不存在物質(zhì)和空間的區(qū)別辉懒。這種狀態(tài)可能是我們現(xiàn)在無(wú)法想象的狀態(tài)阳惹。
也許可以用老子的一句話形容這種平均態(tài)“有即是無(wú),無(wú)即是有”眶俩。那這種狀態(tài)跟什么都沒(méi)有又是否有區(qū)別呢穆端?
而中國(guó)古代神話赖草,盤古在混沌中被孕育出來(lái)野哭,也把世界從混沌狀態(tài)中創(chuàng)造出來(lái)的夕膀,最終宇宙歸宿難道也回歸到一切平均的混沌狀態(tài)嗎齿椅?
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