【科學科普】宇宙是熵增的,為何會出現熵減的人類?科學家的懷疑或許是對的

天空之城 2020/12/09 檢舉 我要評論

回顧人類發展歷程能夠發現,「科學技術」是最重要的生產力,它讓人類擺脫了茹毛飲血的原始狀態,為建立文明提供了契機、給文明的發展指明了方向,同時也是人類改造世界的基礎。

隨著人類文明的不斷進步,對世界認識程度不斷的加深,科學在給人類指引的同時,也讓人類知道了一些顛覆認知甚至是心生絕望的理論,比如大名鼎鼎的「熵增定律」。

「熵(shāng)增定律」究竟是什麼呢?或者說什麼叫「熵增定律」呢?其實這個源於熱力學的概念非常好理解。

在熱力學中,它通常被用來描述一個不可逆的過程,即熱量從高溫物體移動到低溫物體。而在一般情況下,它常被用來描述孤立系統中的混亂(無序)程度,「熵」越大混亂程度越高。

比如衣服越穿越舊、熱水會越來越涼、無人居住的房間灰塵會越來越多等等,這些都是熵增的過程。

可能許多人不知道,其實「熵」還能被用來描述生命的本質。著名物理學家薛定諤在其著作《生命是什麼》中指出,生命以負熵生,其本質是一個負熵系統,一個能夠通過攝入環境中的負熵使得自身不和外界環境熱平衡的系統。

此時一個讓人費解的問題出現了,既然整個宇宙一直是熵增的,並且熵增的過程不可逆,那麼為什麼還會出現人類這種熵減的生命呢?是「熵增定律」出現了錯誤,還是生命在宇宙中本身就是一種極為特殊的存在呢?

事實上,這個問題不僅普通人非常好奇,一些科學界的大佬同樣也很好奇,不過他們好奇的方式是質疑。

為了反對「熵增定律」,著名物理學家麥克斯韋提出了「麥克斯韋妖」,物理化學創始人奧斯特瓦爾德稱它為「罪惡的淵藪」,在那個時期「熵增定律」仿佛成為了「人民公敵」。

而在眾多反對和質疑者中,還要屬奧地利科學家洛施密特的質疑最為犀利。洛施密特指出,如果反演那些具有時間反演性規律的粒子,系統內就會產生熵減的結果,這明顯和熵增原理相悖,說明熵增定律從本質上就出現了錯誤。

洛施密特說的「時間反演性」是什麼呢?其實就是反過來演算。在經典力學體系下,動力學方程都具有時間反演對稱的特性。

舉個例子,有人站在高處將鐵球扔下,鐵球下降的速度會按照牛頓第二定律增加,而如果我們將這一過程「倒放」,就會看到鐵球的速度按照牛頓第二定律減少,當回到扔球者手裡時速度為零。該個過程不論是正序播放還是倒放都能用牛頓力學解釋,這就叫做動力學的時間反演性。

不僅僅是牛頓力學,相對論其實也符合反演性,因為微觀粒子的運動也沒有脫離動力學的范疇,這意味著它具有反演性,也就說明系統內的熵不僅可以增加也可以減少。

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